基于云计算平台的智能寝室管理系统的设计

方佳奇 孙玉妹 李燕 李吴 张双威 宁仁霞

摘要 云计算和大数据的发展日新月异，为其他应用提供平台和发展契机。本文利用云计算平台和无线通信系统，设计一套具有安全管理，智能控制和互动平台的智能寝室管理系统。该系统从学生的学习生活习惯出发，从智能化控制到安全管理的设计，满足学生需求的同时也给管理者的管理提供便利且能够得到数据的统计信息。该系统具有适用性强，成本低等特点，为该系统的实际应用提供技术支持。

【关键词】云计算 智能寝室 无线通信

云技术是一种托管技术，结合硬件、软件、网络和广域网或局域网资源，实现计算、存储、处理和共享的数据。云计算技术不受时间和地点的限制，用户可以在任意时间、任意地点使用各种终端并获取应用服务。相比传统的智能硬件平台，人们在通过云计算技术进行智能平台设计时，只需关注数据采集和应用设计，而将服务器架设、大数据存储、数据库管理、数据分析、Web应用发布、安全验证、系统维护等问题交由云计算平台解决。这不仅大幅降低平台建设成本，也提高了用户弹性扩展能力、平台服务能力和安全系数。

智能家居系统现在主要围绕着“家庭”来进行，对于广大学生来说，寝室就是学生的“家”。寝室的结构与环境与个人家庭有很大的区别。基于此，想要重新审视智能家居系统，按照寝室的现实需要进行重新构想，使学生寝室智能化，进而改变学生的生活。因此，本工作在云计算平台基础上，从开发运营成本、安全等方面考虑并结合学生宿舍的特点，设计了一种新型智能化宿舍管理云平台。

1 智能寝室功能设计

智能寝室指的是以人文精神为主，通过电子硬件和软件编程技术，对学生宿舍进行智能化管理和服务，能够更加贴合学生生活习惯，方便学生学习和生活的管理系统。本设计主要从寝室自身安全管理、学生远程智能控制和宿舍报修管理服务等方面设计一套寝室管理系统，利用云计算平台实现宿舍管理通信互动平台，通过无线通信实现智能化管理和控制系统。寝室自身管理系统主要包括：防火报警、寝室光环境检测与自控和温湿度检测与自控。当传感器检测出以上信息时，寝室自身管理系统将会按照系统默认设置进行报警与自我调控。同时学生可以使用手机客户端实现对电器如灯、空调、电风扇等电器的远程启闭功能，寝室的电器启闭数据通过网络上传到云端，学生以及宿舍管理人员能够实时的查看相关数据。当寝室出现相关故障需要维修或维护时，学生可在宿管平台上和管理员进行信息互动，实现智能报修功能。

2 智能寝室系统设计

2.1 寝室自身管理系统设计

作为学生寝室，为了防止在学生外出期间的火灾发生，设计防火报警机制尤为重要。防火报警系统需要尽可能地降低成本和误报几率，又必须达到准确、及时的报警效果。烟雾传感器会实时地检测寝室环境数据并上传给主控电路，当检测到烟雾产生并达到设定的危险浓度指数时，主控电路会向声光报警装置下达指令，声光报警装置响应，引起周围寝室的关注，为及时救火提供可能。同时，为了尽快地通知宿舍管理人员，主控电路在会将火灾信息通过GMS网络发送给宿舍管理人员的手机上，进而管理人员能够第一时间知晓火灾的位置并进行相应的处理。系统总体如图1所示。

为了让学生寝室变得更加舒适宜居，寝室自身管理系统中的光环境与温湿度检测与自控就是为了能够最大程度地为学生提供适合的温湿度与光环境。根据研究表明，人们的最适宜居住温湿度为冬天18-25℃和30%-80%，夏天23-28℃和30%-80%。在此环境中，人们会感到精力充沛，思维活跃，心情舒畅。因此，本设计将通过温湿度传感实时检测寝室的温湿度环境，温湿度数据上传给主控电路，主控电路对比已有数据与理想数据，发出相关指令控制排气扇与加湿器工作，使得环境温湿度达到适宜参数。在营造适宜的温湿度环境下，本设计将利用光强检测模块实时地监控寝室光环境，当光环境不满足学生设定的要求时，反馈数据至主控电路，电路通过控制照明灯的启闭来实现光环境的调控。系统总体如图2所示。

2.2 学生远程智能控制系统设计

为了能够让学生通过手机客户端就可以实现远程控制自己寝室电器的启闭，同时让寝室电器的使用数据与寝室内部环境参数及时地上传到云端以供使用人员查看。智能寝室学生远程控制系统通过比较当下比较几种常见的远程控制方案，最终决定选取Wi-Fi控制方案。虽然Wi-Fi的价格昂贵，通讯距离最高仅达305米，甚至在封闭区域，其通讯距缩短为76米到122米，并功耗与体积相对较大。但在现有校园环境下，无处不在的Wi-Fi网络为其提供了很好的网络环境，同时Wi-Fi更是现有远程控制方案中较为成熟的一种方案。

实现基于Wi-Fi网络的远程控制系统，主要是先将各部分控制开关连接到主控电路上，主控电路会时时刻刻采集各部分开关的信息并将该类信息通过寝室内Wi-Fi网络上传至云平台。此时，用户可以和主控电路处于相同Wi-Fi网络，亦可使用移动网络来读取己上传至云平台的寝室信息，并通过指定客户端对云平台中模拟开关状态进行修改，修改完成后，云端状态数据下达至寝室内主控电路，主控电路响应，最终实现远程控制。该方案以云平台为媒介，数据的上传与读取，指令的下达与执行，都不是以直接的方式实现，但正是这种方式解决了Wi-Fi无法无限远程控制的弊端。该方案的系统设计总体框图如图3所示。

2.3 宿舍报修管理服务系统设计

当寝室用电数据上传是云平台之后，各部分的用电数据都将被处理为图表，无论是宿舍管理人员还是学生用户都能够利用终端设备查看这些数据，当存在下达启动电器指令但该路电器用电量或是开关状态仍为关闭时，可辅助判断可能存在电器故障，此时宿舍管理人员可选择前来查看并维修，同时为了防止特别情况，用电数据图无法反映电器故障，学生用户可通过平台直接与宿管人员进行报修。

3 智能寝室系统中权限规定

由于智能寝室系统中的控制主体分为三类一一寝室自身、学生用户、宿管人员。为了让寝室更便于管理，系统设计之初就为三类控制主体分配了不同的管理权限。寝室自身仅在学生用户，宿管人员授权之下，方可进行自我调控;当学生用户或宿管人员取消授权时，寝室自身的自我调控将关闭，此时学生用户或宿管人员都拥有寝室的控制权，但宿管人员的管理权限最高，一般情况下，宿管人员默认授权给学生用户，但在欠费，漏电等特殊情况下，宿管人员可禁止学生用户的控制权。具体权限规定如图4所示。

4 总结

本智能寝室系统基于云平台实现了三类主体控制寝室的目的，同时利用无线网络实现了防火预警、宿舍信息采集、客户端远程控制等功能。当今，智能家居市场越来越火热，但在物联网技术尚未彻底成熟的市场背景下，使用Wi-Fi远程控制以及基于云計算的智能寝室系统，能够有效地利用学校自身的资源同时更加高效地处理庞大的寝室用电数据。云计算与智能寝室的结合，能够让数据变得更加可视化，同时使得寝室控制更加的智能化。

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