智慧型寫字樓自主調控系統軟件的設計

摘要：智慧型寫字樓是智慧城市建設中不可或缺的一環，它通過物聯網技術將各種設備、傳感器、控制器等連接起來，實現對寫字樓內部的環境、安防、能耗等方面進行全面監控和精細化管理。在系統設計過程中消防、新風、照明、門禁和溫濕度調控等功能模塊間的數據交互和軟件設計，直接關系到系統的效率和質量。文章基于阿里云ECS服務器，采用JSON技術對系統各模塊的數據包進行交互，使用C語言和MySQL實現了智慧型寫字樓自主調控系統數據包的快速交換和軟件設計，提高了系統的效率和穩定性，為智慧型寫字樓管理提供了一種有益的解決方案。

關鍵詞：智慧型寫字樓；物聯網；智能化；數據包交換

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）32-0035-03 開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

智慧型寫字樓是通過物聯網技術將各種設備、傳感器、控制器等連接起來，實現對寫字樓內部的環境、安防、能耗等方面進行全面監控和精細化管理的系統。在系統設計過程中，如何實現和提高各功能如消防、新風、照明、門禁和溫濕度調控等模塊間的數據交互和控制，直接關系到系統的效率和穩定性[1]。

1 軟件總體設計

主函數程序首先進行初始化處理，初始化后對中斷串口進行監聽，當產生中斷后，優先執行中斷，隨后對數據進行采集，并在顯示屏上顯示，采集到的數據與單片機預設閾值進行判斷，若沒有異常，則上傳數據，當出現異常時，向阿里云ECS服務器上報異常情況，阿里云ECS服務器接收到數據后，解析存儲數據，并轉發給手機App，手機App下發指令，串口監聽，并執行相應操作[2]。主函數流程圖如圖1所示。

2 數據包格式規定

各個子系統、服務器和手機App采用JSON數據包進行交互，因為考慮到物聯網終端設備常采用JSON或XML數據格式進行數據傳輸，而JSON易于閱讀和編寫，同時也易于機器解析和生成，所以選擇使用JSON數據格式進行傳輸[3]。

系統采用自定義的JSON交互格式，下面以App 下發開門指令為例。

格式：

“{ Sender”： “phone”， “address”： “{ Receiver”： “door”“， event”“： open_door”“， value”：1}}

第一個屬性名Sender 表示發送這條數據的節點，phone是App節點名稱。第二個address是將數據的起始地址與目的地址分隔開，使其更加有層次感，address里的是目的地需要解析處理的內容。第三個屬性名Receiver表示目的地節點，door是門禁系統節點名稱。第四個屬性名event是代表事件，比如open_door代表開門，open_linght代表開燈。第五個屬性名value代表數據，如果是控制執行器，則用1 和0表示開關，如果是上傳傳感器數據，則發送整形或者浮點型數據。

3 各功能模塊軟件設計

3.1 新風系統和消防系統軟件設計

新風系統和消防系統集成在一起，該系統首先進行系統初始化和連接阿里云ECS服務器操作。系統主要通過監聽串口中斷和定時器中斷，進行業務邏輯的操作。如果串口產生中斷，解析JSON數據，將解析的JSON數據放入switch函數中，執行相應的功能，執行完后，清空內存，避免內存溢出，再次等待；如果定時器2產生中斷，則執行傳感器數據采集的操作，并通過本地判斷，執行相應的操作，最后將數據打包上傳阿里云ECS數據庫；如果火焰傳感器串口檢測到異常，關閉定時器2，打開定時器3，打開蜂鳴器和水泵，再將數據上傳服務器，當定時器3產生中斷，則再次判斷火焰是否熄滅，如果沒有，再次執行數據上傳操作，如果熄滅，則打開定時器2，關閉定時器3。

3.2 門禁系統和室內安防系統軟件設計

門禁系統和室內安防系統集成在一起，該系統首先進行系統初始化和連接阿里云ECS服務器操作。系統主要通過監聽串口中斷，進行業務邏輯的操作。當App下發open_door事件指令時，表示開門，當發送leave表示離家，發送sleep表示回家，此時室內安防系統啟動，實時監測室內環境情況。門禁系統和室內安防系統程序流程圖如圖2所示。

3.3 溫濕度調控系統和智能窗戶調控系統軟件設計

溫濕度調控系統和智能窗戶調控系統集成在一起，該系統首先進行系統初始化和連接阿里云ECS服務器操作。系統主要通過監聽串口中斷和定時器中斷，進行業務邏輯的操作。如果串口接收到數據，通過解析JSON數據，將解析到的結果進行判斷，從而控制執行器運行。當定時器產生中斷，此時單片機系統采集溫濕度，由于室內溫度一般控制在24～26℃之間，所以當溫度低于24oC或者高于26℃時，空調自動啟動[4]。采集完溫濕度后，系統再進行噴霧情況、紫外線等級、光照度采集，并通過本地判斷，執行相應的操作，最后將數據打包上傳阿里云ECS數據庫。溫濕度調控系統和智能窗戶調控系統流程圖如圖3所示。

3.4 照明系統和智能管家系統軟件設計

照明系統和智能管家系統集成在一起，該系統首先進行系統初始化和連接阿里云ECS服務器操作。系統主要通過監聽串口中斷，進行業務邏輯的操作。當數據App下發控制照明的指令，RGB燈亮不同的燈。串口3監聽離線語音助手下發的數據。

3.5 阿里云TCP 服務器軟件設計

阿里云ECS服務器使用C語言搭建，調用Socket 函數搭建TCP服務器，并且使用poll函數實現多線程方式，再調用MySQL.h庫函數訪問MySQL數據庫[5]。

1） TCP傳輸控制協議是一種面向連接的、可靠的運輸層協議，其中面向連接是指使用TCP通信之前，通信實體必須在彼此之間先建立一個TCP連接，傳輸完畢后也必須釋放這個連接，這個連接相當于一條全雙工的可靠信道，用于發送和接收數據。

2） Socket通信機制把復雜的TCP/IP協議隱藏起來，為應用提供了一組友好的支持通信功能的接口。Socket通信的基本過程可以簡單分為建立連接、數據通信和釋放連接3個部分。

3） 兩個需要通信的應用各建立一個Socket，主動連接的一端一般稱為客戶端，被動連接的一端稱為服務器端。服務器端和客戶端的連接建立成功后，應用通過調用標準的Socket通信接口進行消息的發送和接收，達成應用間通信的目的。

4） 服務器端搭建流程如圖4所示。

3.6 數據庫設計

在MySQL數據庫中，首先創建homestay庫，再分別創建存儲數據用的表。下面以MQ135表用于存儲空氣質量傳感器的數據為例進行設計。

MQ135表用于存儲空氣質量傳感器的數據，其中id字段是編號，mq135字段用于存儲空氣質量傳感器數據，create_time字段自動添加數據存儲時間。表結構和ER圖如表1和圖5所示。

3.7 手機客戶端軟件設計

使用Android Studio 開發手機App，App 通過Socket 與TCD8iqHGPa18I7rImyZP+5gM7teY7XPRaBJl4tALKT1KE=P 服務器進行連接，并通過訪問服務器MySQL數據獲取寫字樓各項數據。App還可以下發指令，實現對系統硬件端的控制[6]。App由多個界面構成，其中MainActivity為主界面，doorActivity界面實現的是控制門鎖開關的功能，environmentActivity界面將傳感器數據進行顯示，kongtiaoActivity界面實現的是控制空調的開關功能，lightActicity界面實現的是控制室內燈光功能，windowActicity界面實現的是控制窗戶開關功能，phoneverify界面實現是用戶使用短信登錄到智慧民宿控制界面的功能，registeredActivity界面實現的是用戶注冊房間的功能。

MainActivity界面設計。MainActivity界面主要實現連接阿里云TCP服務器和界面的跳轉功能，當用戶點擊短信驗證系統跳轉到phoneverify界面，當用戶點擊首頁，系統會跳轉到registeredActivity界面。

Phoneverify 界面設計。MainActivity 界面主要實現用戶通過短信驗證的方式跳轉到doorActivity界面。系統首先使用MobTech平臺提供的SMMSDK連接到短信驗證平臺服務器，隨后用戶輸入手機號，系統將用戶輸入的手機號與數據庫中所存的手機號進行匹配，如果存在，則向MobTech平臺申請驗證碼，如果不存在，則彈出提示。當用戶輸入驗證碼后，系統將用戶輸入的驗證碼反饋給平臺進行驗證，如果無誤，則跳轉到doorActivity界面。

控制指令端界面設計。控制指令端界面由door?Activity 界面、kongtiaoActivity 界面、windowActicity 界面、lightActicity界面構成，各個子界面由一個或多個按鈕組成，實現用戶點擊按鍵，App下發數據到服務器，服務器再將數據轉發到硬件端，從而實現對硬件的控制功能。

EnvironmentActivity 界面設計。environmentActi?vity界面通過訪問MySQL數據庫，獲取homestay庫中各個表存儲的最新數據，并將其顯示到UI界面中。

4 結束語

系統采用C語言、阿里云平臺、MySQL等技術，實現了智慧型寫字樓自主調控系統軟件的設計。經過性能測試，各功能模塊均能正常使用，達到了設計要求，系統運行平穩可靠，提高了寫字樓的管理水平。

參考文獻：

[1] 中研普華產業研究院.2022—2027年中國智慧辦公行業發展深度調研與未來趨勢預測報告[R].北京：中研普華產業研究院，2021.

[2] 馮朔，鄭學智.基于邊云協同的智慧酒店系統[J].電子設計工程，2021，29（19）：19-24，30.

[3] 章云，許錦標.建筑智能化系統[M].2版.北京：清華大學出版社，2017.

[4] 劉凱，鐘永彥，陳娟，等.基于HNBJSON的物聯網數據壓縮方法[J].南京郵電大學學報（自然科學版），2021，41（6）：29-34.

[5] 趙勝凱.不同溫度下人體熱舒適的性別差異研究[D].西安： 西安建筑科技大學，2020.

[6] 張永濤，繆健琛，胡貴生.一種基于Socket通信的嵌入式設備測試方案[J].電腦編程技巧與維護，2024（3）：37-39.

【通聯編輯：梁書】