基于物联网智慧公厕解决方案

吴梅

摘 要：文中提出的智慧公厕解决方案基于ZigBee，LoRaWAN等无线通信以及RS 485通信技术，通过智能网关、无线设备、无线采集设备、无线连接及控制设备，搭载相应的设备，如人流计数摄像头、温湿度传感器、有毒有害气体传感器、臭气气体传感器、红外坑位检测、一键报警、智能除臭喷雾器等，并将获取的数据传至云平台，通过后台综合管理系统实现对智慧公厕的管理。该方案达到改善公厕保洁服务、降低公厕运营成本、提高应急处理能力、实时掌握一线管理和作业水平的管理目标，并通过对公厕数据的大数据收集为环卫管理部门进行经营管理和决策提供强有力的数据支持。

关键词：智慧公厕;物联网;ZigBee;LoRaWAN;RS 485;云平台

中图分类号：TP212.1文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）08-00-03

0 引 言

随着智慧城市在全国范围内的推广，随之而来的“公厕革命”也应声面出，智慧公厕一词也成为一个新术语，在各类媒体上也频繁出现。目前为止智慧公厕一词官方尚未做出明确定义。

智慧公厕应该包括以下两方面含义：

（1）公厕改造。结合公厕用户的需求，通过无线通信、物联网、云服务等技术实现公厕的智能通风、智能照明、智能除臭等，以提升公厕服务品质、优化管理质量为目标，从设计、应用、管理上实现线下技术应用及线上可视化管理;

（2）公厕智慧管理。智慧管理侧重于通过各类传感器技术采集、无线通信传输、云平台存储，并实现对公厕运营过程中产生的数据进行分析和统计，通过监控指挥平台实时进行远程管控，以实现对公厕的环境检测及控制。

智慧公厕是将公厕改造和智慧管理两者有机结合，通过改造公厕基础设施，提升公厕服务质量。通过对公厕各类传感器数据的采集分析可快速发现问题并解决问题，提升公厕管理品质，为用户提供良好的如厕环境。智慧公厕解决方案采用物联网技术架构，依托大数据、智能传感、移动互联网与PC端云计算技术，对公厕服务所涉及到的人、物、事进行全过程实时管理，合理设计规划公厕管理模式，提升公厕保洁作业质量，降低公厕运营成本，提高应急处理能力，实时掌握一线管理和作业水平，提高管理效率，为日常经营管理和决策提供强有力的数据支持。

1 方案概述

1.1 方案设计基本原则

方案设计基本原则如下。

（1）先进性。设计方案中立足先进技术，采用最新的物联网相关技术;服务器和网络方面，以优化通信流量，提高系统的管理性和安全性为重点。

（2）成熟性。本方案中的硬件设备、软件架构、通信技术、设计准则已经在全球市场上得到了广泛的技术应用。

（3）可扩展性。所有推荐的产品均考虑到随着应用的逐步完善和接入应用的逐渐增加，系统还能够进行不断扩展的要求。

（4）集成性。本方案中软硬件系统之间可以方便实现集成，使用户无需从事于系统平台的集成和开发，而将精力集中到软件的管理和运维中。集成的应用系统降低了系统维护的难度和要求，方便用户日后使用和管理。

（5）标准性。在现代综合信息服务领域，以多业务、多网络、多终端融合及价值链延伸，努力使信息化成果惠及社会各行业和广大群众，为行业和企业提供针对性的信息化解决方案，产品始终严格遵守各级标准，在还没有形成标准的新领域内也积极倡导标准的形成。从网络协议到操作系统，全部遵循通用的国际或行业标准。

1.2 系統架构

系统架构如图1所示。顶层应用使用各路终端实现，采集设备多为传感器等集成设备，环境控制设备多为ZigBee控制端;管控中心部署在云端，与所有公厕在公网相连，进行业务处理;物联数据云服务器处理所有传感器数据的采集、建模、统计分析以及设施设备的直接动作控制。

1.3 系统功能

系统功能如图2所示。本解决方案主要通过公厕中的各类传感器收集环境、人流、坑位使用、照明、消耗品使用等数据，并传输到云平台;通过云平台对数据进行分析及管理;通过大屏幕显示各类数据，并可进行广播提醒，还能够显示科普宣传信息。

1.4 系统硬件

系统硬件如图3所示。

1.5 网络拓扑设计

1.5.1 设备网络拓扑

传感器设备全部通过ZigBee进行数据的传输，并通过传统的互联网进行服务及管理[1]，如图4所示。

1.5.2 管控平台云拓扑

通过云服务提供高效、安全可靠、处理能力可弹性伸缩的计算服务，如图5所示。

2 系统优势

2.1 管控平台云端部署

管控平台部署在ECS云服务，具有以下优点。

（1）性能配置可调整。部署在云端，随时可以根据业务运行情况增加减少配置、存储量。

（2）云端的部署架构调整相对容易。如果在运行过程中发现现有的部署架构需要修改，则无须添置硬件服务器，直接在云端进行配置，降低开发运维的难度和整体IT成本，更专注于核心业务的创新。

（3）操作系统、数据库的安装和更新快捷。操作系统的安装无须人工介入，自动完成。

（4）云端的负载均衡服务优异。不涉及硬件的网络瓶颈，云服务器的负载能力由于本身云端的特性得到了良好的发挥。

2.2 业务闭环与模块化的建设思路

目前的智慧公厕业务产生了数个业务闭环[2]。

（1）环境自检。气体传感检测到气体有异常情况，调用管控平台的监控服务，管控平台根据设置好的阈值进行控

制/警报触发，从而控制公厕内的环境。

（2）设备自检。公厕内的智能设备、传感器不仅仅能采集数据，还能将设备本身的联网情况、电量情况向管控平台发送，管控平台可以知道公厕中的每个连接入网的设备的运转情况。