基于共享經濟的智能睡眠蛋系統設計與應用分析

楊 華，劉 紅，高語涵，周先軍

（湖北工業大學 電氣與電子工程學院，湖北 武漢 430068）

隨著互聯網技術的不斷發展，資源共享成為這個時代發展的重要趨勢。由于共享產品方便便捷、價格實惠，受到了越來越多的人的認可[1]。而且現如今人們對睡眠質量的關注也在逐步上升，因為在現代快節奏、高壓力的生活中，大部分人睡眠無法得到保障[2]。

目前，市面上都是睡眠艙而不是睡眠蛋，無法給人足夠的安全感，且現有的睡眠艙沒有相應的智能化服務，導致運營者管理起來困難，使用者體驗效果差。

針對以上情況，設計了一種基于共享經濟下的智能睡眠蛋系統，可以全天24 h提供高質量的在線服務。使用者只需要掃描二維碼，錄入個人信息，提交訂單并成功付費，即可享受到一個安靜舒適、干凈便捷、智能的睡眠環境。

1 智能睡眠蛋系統方案設計

智能睡眠蛋的整體實現分為3層結構：

1.1 信息采集層

收集信息，完成睡眠蛋的檢測和控制，可感知和控制蛋內環境狀態。

1.2 信息傳輸層

將收集到的信息數據進行傳輸，可以通過路由器連接到后臺服務器，實時收集睡眠蛋內的信息，對多個參數進行融合處理。

1.3 信息管理層

信息管理及信息決策，云服務器作為后臺，通過云平臺進行數據存儲、分析處理以及智能決策，保證系統穩定和數據安全。

智能睡眠蛋系統整體工作結構如圖1所示。

圖1 智能睡眠蛋系統整體工作結構

由上述智能睡眠蛋系統的總體結構可知，這3層結構可完成睡眠蛋基本功能：實現線上預約時間，艙門人臉識別開鎖，啟動自動更換床單、通風換氣、殺菌消毒，進入睡眠蛋內觸發消防功能模塊、環境質量檢測模塊以及其他模塊，通過云服務器可以進行遠程監控，同時計時計費[3]。

2 系統功能模塊分析

2.1 人臉識別模塊

使用人臉識別系統可以對智能睡眠蛋使用者進行有效的識別驗證和信息登記，具有較好的安全性、穩定性與保密性。主要包括主控模塊、數據存儲模塊、人臉圖像采集與識別模塊、檢測模塊。

（1）主控模塊：信息的主要控制和工作分配，根據提前錄入的算法對人臉進行匹配，如若成功，識別通過；反之，則識別失敗[4]。

（2）數據存儲模塊：包括智能睡眠蛋使用者的個人信息以及人臉圖像信息等，是龐大的數據信息的集成體系。

（3）人臉圖像采集與識別模塊：系統的輸入與識別部分，實現人臉圖像的采集以及信息的管理與識別。

（4）人臉檢測模塊：對人臉進行檢測識別，送入數據庫通過主控模塊進行對比識別。

人臉識別處理過程如圖2所示。

圖2 人臉識別處理過程示意圖

如今，人臉識別技術已經非常的成熟，有很多實際的應用，這里通過OpenCV提供用來檢測人臉算法函數實現[5]。在系統運行過程中，對人臉特征信息進行采集，經過反復的處理，進行特征提取，系統進行人臉識別，進而打開門[6]。

2.2 自動化床單更換模塊

因為需要保持內部整潔，但床單更換的人力成本較高，所以我們借助自動化床單更換裝置對睡眠蛋內用過的床單進行自動更換。主要包括第一滾軸、第二滾軸和控制設備。

（1）第一滾軸：用于纏繞干凈的目標床單的一端，在第二滾軸的帶動下，以相同大小的角度進行自轉。

（2）第二滾軸：和第一滾軸平行設置，用于纏繞用過的目標床單的第二端，第一端和第二端為相對的兩端。

（3）控制設備：和第二滾軸連接，用于控制第二滾軸的自轉，以使目標床單向第二滾軸纏繞且從第一滾軸上轉出，實現對已用部分的更換[7]。

睡眠蛋床單自動更換裝置結構如圖3所示。

圖3 睡眠蛋床單自動更換裝置結構圖

2.3 室內環境檢測模塊

雖然睡眠蛋兩側有換氣扇，但空間依舊十分密閉，因此容易導致室內環境溫度升高，濕度上升和氧氣不足，一些身體抵抗能力弱的人容易引發生命安全問題[8]。所以需要保證使用者能長期處于優質的室內環境。在這一部分采用STM32芯片作為室內各項指標采集的主控模塊，通過溫濕度傳感器、氣壓傳感器、光照強度傳感器等檢測模塊采集室內各項數據，經過處理后通過路由器將數據傳送至云服務器，通過信號實現人機交互[9]。

通過互聯網實時接收室內環境檢測數據，對多種參數進行融合處理，將信息存儲在數據庫中，并根據環境需要或者用戶指令進行智能決策調節[10]，當然，使用者也可根據自己需要手動調節。

室內環境檢測模塊結構如圖4所示。

圖4 室內環境檢測模塊結構圖

2.4 殺菌消毒模塊

殺菌消毒模塊就是由紫外線燈照射進行消毒殺菌，當后臺檢測到本次消費結束后會自動控制智能睡眠蛋開啟紫外線燈進行殺菌消毒工作，以保持智能睡眠艙干凈、衛生。

殺菌消毒模塊控制流程如圖5所示。

圖5 殺菌消毒模塊控制流程圖

2.5 語音音樂模塊

語音音樂模塊在智能睡眠蛋使用者在進入睡眠蛋后自動開啟，系統會根據使用者預約的使用時間來設置時間提醒。使用者人臉識別成功后會觸發“歡迎使用”語音模塊，在使用時間2 min時，啟動音樂模塊，讓使用者在音樂中緩慢蘇醒。使用者也可以根據自己需要選擇手動開啟定時模塊或者關閉語音音樂模塊。

2.6 消防功能模塊

消防安全問題是大多數應用系統必須考慮到的因素，消防功能模塊是最基礎的模塊，當檢測到有火災時，系統自動開啟報警功能。消防功能保持24 h開啟狀態，對火災進行防范。

消防報警功能模塊如圖6所示。

圖6 消防報警控制系統原理圖

2.7 其他模塊

為完善智能睡眠蛋系統，根據制作經費和用戶需求的不同可適當增加一些娛樂項目的模塊。

3 智能睡眠蛋的應用價值

3.1 對社會的價值

從社會角度出發，首先，智能睡眠蛋占地面積小，可疊加放置且隱私性強，不會占用較大的公共資源，可將該睡眠蛋提供給對睡眠有需求的場地，如火車站、學校圖書館、旅游景點以及各個企業。其次，該共享睡眠蛋從一定程度上解決了社會上許多人的碎片化睡眠問題，從而提升了他們的工作效率，進而提升社會效益。

3.2 對運營商的價值

從運營商角度出發，首先，我國的睡眠行業市場前景大，且睡眠產業具有巨大的利潤和發展空間。此外，該智能睡眠蛋采用智能化管理，許多原本需要人工完成的事情現在采用自動化處理，不用另外安排人力，為運營商節省了一筆不小的成本。

3.3 對使用者的價值

從用戶角度出發，首先，該蛋殼由隔音隔熱材料構成，保證了室內環境不受室外的影響，蛋狀的外殼喚醒人類對母親子宮的本能眷戀，讓人睡得舒心。其次，智能睡眠蛋安靜、安全、衛生，且該系統盡量簡化使用流程。用戶只需關注微信公眾號進行實名認證注冊，錄入人臉信息，然后進行智能睡眠蛋系統的預約申請，申請成功后，到了預約時間即可刷臉進入睡眠蛋內開始休息。

4 結束語

基于共享經濟下的智能睡眠蛋系統，是在共享經濟下誕生的一種新型共享產品。現如今的城市的睡眠市場依然存在，碎片化睡眠需求也日益增加，要做好這方面的工作就必須做好充足的市場調研，運用科學的手段，充分利用互聯網、物聯網等方面的新技術建設一個完整的智能睡眠蛋系統。同時，在今后的日常工作開展中，不斷的優化和完善系統的功能，逐漸滿足各方面的要求，給使用者帶來更好的體驗。