基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧體育館系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李泳君，楊懷港，鄭浩鑫，陶 銘

（東莞理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 東莞 523808）

0 引 言

體育館建設(shè)是體育運(yùn)動(dòng)設(shè)施建設(shè)中的重要一環(huán)，同時(shí)也體現(xiàn)了城市居民的生活質(zhì)量水平。隨著生活水平的日益提高，人們對(duì)體育館的需求越來越大，體育館的數(shù)量也在不斷增加，但存在管理體系復(fù)雜等問題，導(dǎo)致體育館場地不能夠高效利用。因此，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種高效、智能的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體育館管理系統(tǒng)，以提高體育館場地的利用率和管理水平。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括5部分功能：

（1）硬件部分采用STM32和ESP8266相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，通過MQTT通信協(xié)議對(duì)體育館場地設(shè)備進(jìn)行控制；

（2）服務(wù)器端主要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取；

（3）基于Bootstrap框架的系統(tǒng)管理員后臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)體育館管理員、用戶信息和體育館場地信息的管理，以及體育館設(shè)備管理、訂單查看以及消息推送等功能；

（4）基于Android的體育館用戶APP客戶端主要實(shí)現(xiàn)用戶獲取體育館信息以及對(duì)體育館場地進(jìn)行預(yù)約。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)后端采用的框架主要由SSM架構(gòu)與三層架構(gòu)組成。SSM架構(gòu)是指Spring框架、SpringMVC框架和MyBatis框架。三層架構(gòu)是指將系統(tǒng)項(xiàng)目按照職責(zé)不同劃分為數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和交互層，其中界面層用到了SpringMVC框架，數(shù)據(jù)訪問層使用MyBatis框架，而Spring框架則用于全部層次之中。SpringMVC框架使用MVC軟件設(shè)計(jì)模式，其中M代表模型（Model）、V代表視圖（View）、C代表控制器（Controller）。前端使用Web網(wǎng)頁、安卓APP和PyQt5桌面應(yīng)用。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 體育館管理員功能設(shè)計(jì)

體育館管理員模塊的功能分為四大類：體育館訂單管理功能、體育館場地管理功能、體育館推送管理功能和體育館工作日設(shè)置功能。主要功能為體育館訂單管理功能，如圖2所示，包括：添加體育館訂單、查看體育館訂單信息、取消體育館訂單。

圖2 體育館訂單管理功能時(shí)序圖

1.2 體育館用戶功能設(shè)計(jì)

體育館用戶模塊的功能有三大類：用戶賬戶管理功能、體育館場地預(yù)約功能和控制已下單的場地功能。主要功能為體育館場地預(yù)約功能，如圖3所示，包括：用戶通過該功能實(shí)現(xiàn)對(duì)體育館場地的預(yù)約。

圖3 體育館場地預(yù)約功能時(shí)序圖

1.3 場地分配算法設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種場地分配算法來更加智能地滿足體育館用戶的場地預(yù)約請(qǐng)求，具體算法描述如下：

（1）預(yù)約場地訂單的開始時(shí)間是當(dāng)天：在這種情況下，場地分配算法會(huì)先查找符合預(yù)約類型的場地，然后再查找這些場地當(dāng)天的場地訂單，接著對(duì)每個(gè)場地的所有訂單按照開始時(shí)間從小到大進(jìn)行遍歷，查看有無新訂單插入的位置，如果有，則預(yù)約成功，否則預(yù)約失敗。

（2）預(yù)約場地訂單的開始時(shí)間不是當(dāng)天：在這種情況下，場地分配算法會(huì)先查找符合預(yù)約類型的場地，然后再查找與預(yù)約訂單同一天開始的同類型訂單，接著給每個(gè)符合預(yù)約類型的場地設(shè)置最后結(jié)束時(shí)間，并且把這些場地按照最后結(jié)束時(shí)間從小到大排序，形成有序的場地集合。把與預(yù)約訂單同一天開始的同類型訂單合成訂單集合，并按照開始時(shí)間從小到大排序。最后遍歷訂單集合，對(duì)于每一個(gè)遍歷到的訂單，取場地集合中的第一個(gè)場地，如果第一個(gè)場地的開始時(shí)間小于訂單的開始時(shí)間，則說明該訂單無法分配場地，預(yù)約失敗。如果第一個(gè)場地的開始時(shí)間大于訂單的開始時(shí)間，則該訂單可以被分配場地，然后更新該訂單的場地信息和該場地的最后結(jié)束時(shí)間，并對(duì)場地集合重新排序，接著遍歷下一個(gè)訂單。如果訂單集合都能分配場地，則預(yù)約成功。

1.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

據(jù)實(shí)體對(duì)象的屬性設(shè)計(jì)本系統(tǒng)各實(shí)體對(duì)象之間的關(guān)系模型。系統(tǒng)關(guān)系模型如下（單下劃線用來表示“主鍵”，雙下劃線用來表示“外鍵”）：

（1）系統(tǒng)管理員（，名稱，賬號(hào)，密碼）；

（2）體育館管理員（，郵箱，密碼，手機(jī)號(hào)碼，體育館名稱，體育館狀態(tài)，體育館地址，體育館工作日，體育館開始時(shí)間，體育館關(guān)閉時(shí)間，注冊(cè)時(shí)間，羽毛球場價(jià)格，籃球場價(jià)格）；

（3）體育館用戶（，郵箱，名稱，手機(jī)號(hào)碼，密碼，注冊(cè)時(shí)間）；

（4）體育館場地（，，場地名稱，場地類型，場地空閑狀態(tài)，場地設(shè)備狀態(tài)，場地?zé)艄鉅顟B(tài)，場地使用狀態(tài)）；

（5）體育館訂單（，訂單名稱，創(chuàng)建時(shí)間，開始時(shí)間，時(shí)長，價(jià)格，訂單狀態(tài)，，，）；

（6）體育館推送（，，創(chuàng)建時(shí)間，推送內(nèi)容）；

（7）體育館假期（，，假期時(shí)間）。

2 系統(tǒng)測試

打開安卓APP輸入賬戶、密碼登錄成功后，進(jìn)入體育館用戶主界面。APP用戶端的重點(diǎn)功能為場地預(yù)約和設(shè)備控制，體育館用戶查看場地信息后，可對(duì)場地進(jìn)行預(yù)約，使用指定場地預(yù)約時(shí)，用戶可以看到該場地的使用時(shí)間線，然后根據(jù)使用時(shí)間線進(jìn)行場地預(yù)約，如圖4所示。體育館用戶下單后，可對(duì)已下單場地進(jìn)行控制，如圖5所示。勾選設(shè)備和燈光鍵后，對(duì)應(yīng)場地的設(shè)備將被打開。原型系統(tǒng)中燈光開啟效果如圖6所示。

圖4 訂單信息

圖5 勾選設(shè)備

圖6 打開場地?zé)艄?/p>

3 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧體育館管理系統(tǒng)。硬件部分采用STM32+ESP8266，并采用MQTT傳輸場地設(shè)備控制指令。后端基于SSM架構(gòu)，同步開發(fā)了體育館用戶Android APP、基于PyQt5框架的體育館管理員桌面應(yīng)用客戶端和基于Bootstrap框架的Web管理后臺(tái)，以及設(shè)計(jì)了一種場地分配算法，能夠更加智能地滿足體育館用戶場地預(yù)約請(qǐng)求。本系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了智能體育館的基本功能，但仍有許多不足之處，需進(jìn)一步完善。