基于物联网技术下人员设备管理系统的设计与实现

陈佳音

(长春金融高等专科学校,长春 130124)

物联网是一种万物相连的网络,也是互联网技术的延伸和发展。具有全面感知、传输迅速、智能处理、易于对接大数据平台等特点[1]。本研究设计并实现了一种基于物联网技术的人员设备管理系统,采用多种传感、网络、安全、智能控制技术,系统化地对人员、设备、安防、环境进行管理及监控。基于物联网技术的人员设备管理系统总体框架如图1所示。

图1 主要功能模块Fig.1 Main function module

1 主要模块的设计与实现

1.1 人员管理模块

人员管理模块设计目的是实现对进出人员的自动化管理及记录,主要采用RFID、Android相结合的方法,通过RFID读卡器、开放式通道门,实现读取标签、识别出入人员、刷卡取号、智能排队等工作场景,结合无线技术拓展远程预约、远程查看等功能。

人员管理模块的具体实现主要包括逻辑流程设计、管理功能设计与实现、服务器功能设计与实现及移动端功能设计与实现。

逻辑流程的实现。逻辑流程设计的目的是理顺软硬件之间、管理员与数据库之间、PC端移动端与服务器端三者之间的数据流方向及控制流方向。如图2所示。

图2 人员管理模块逻辑流程Fig.2 Logic flow of personnel management module

管理功能的实现。管理功能的核心是分级管理及访问控制,故本模块的ROOT登录权限为系统管理员所有,当管理员成功登录后即可进行人员管理。

服务器端实现。服务器端主要为客户端提供远程预约、数据查看、参数设置等服务,若远程客户是管理员,则能查询所有信息。服务器为后台服务,具有可配置性,能够解析客户发送过来的消息、完成消息校验并把连接记录保存到日志文件中,方便以后查看。

移动客户端设计与实现。移动客户端APP可远程登录人员管理模块进行预约、查询等。采用如下设计:移动端为远程消息添加头、尾、校验和,方便服务器识别及校验。登录成功后,服务器需分析客户级别,再展示可操作数据列表供客户查询。

1.2 安防模块

安防模块的设计主要采用ARM平台+Linux+传感网络的形式,实现如下功能:智能安防报警,具有门禁控制、火灾报警、水浸检测、入侵检测、紧急求助等多种安防检测形式,可通过声、光、短信进行报警,报警时自动备份传感器抓取到的数据及传感器运行状态参数,还可根据不同应用场景采用不同的安防报警级别,智能化处理报警信息。多路视频监控,通过IP摄像头在PC端和移动端进行远程监视及云台控制,具有日夜两种模式的红外模拟摄像头,可全天候监控室内外,根据不同光源进行自动调整,保证画面清晰。远程控制,管理员通过远程网络、继电器、采集器等设备主动控制灯光、电器开关、门禁或设置各类传感器参数及工作状态。

安防模块的硬件主要包括主控端和外围感知层设备两部分。主控端实现对传感层数据的接收及远程控制等功能,内部集成了ARM处理器和Linux系统,系统上电启动后,该模块会进入到显示界面,通过点击界面下方的各个按钮进行主页、环境、视频、历史、设置等功能的切换。外围感知设备主要分成三类,即传感器、控制型设备、视频监控设备,包含烟雾、红外、门磁、摄像、声感、光感、振感等10余种有线或无线传感器。

安防模块主要实现本地控制、远程控制两种模式与日常状态、无人值守状态、休眠状态3种工作状态。本地控制包括两路视频监控、传感器状态检测、控制型设备状态检测及数据删除与存储、参数配置、短信报警、抓拍监控图像等内容。远程控制指管理员可使用PC或手机通过有线或无线网络远程控制室内灯光、电器开关、门禁及各类传感器的状态,提供短信报警功能。3种工作状态的具体区别如表1所示。

表1 工作状态比较Tab.1 Comparison of working conditions

1.3 设备管理模块

设备管理模块主要包括智能库房监控、设备资产智能出入库系统及智能展柜三大功能。

智能库房管理的设计目的是实现对库房的自动化管理、无人值守报警等功能,具体实现包括云台摄像与仓库状态两个界面。仓库状态可细分为自动监视、控制、传感器状态及温湿度调控设置等模块。自动监控是按下监控键时,软件获取当前传感器的状态,遇到异常时自动报警、录像,如果管理员不想进行自动监控,则点击监视停止即可。控制模块包括以下几部分:①录像时长控制。当烟雾探测器或振动传感器触发时,发出警告,并开始录像,录像时间长默认为1 min。如果烟雾探测器或振动传感器正常则不进行录像。录像时间长短可由用户决定。②录像状态控制。查看当前是否录像,当触发烟雾探测器或振动传感器,则会显示录制中的字样,录制完成后显示录制完成。③报警控制。当任意的传感器异常时,开启报警灯。管理员也可自动打开或关闭报警灯。④消防水雾控制。可手动点击打开和关闭,分别控制水雾灭火器的开与关。使用自动监控功能,当烟雾探测器发生异常时,水雾灭火器打开,工作时间为30 s。⑤温度控制。可手动点击打开和关闭,分别控制温度调控器的开与关。使用自动监控功能,当温湿度调控设置中的温度低于实际温度时,温度调控器自动打开,工作时间为30 s。传感器状态模块包括以下几部分:①烟雾探测器。检测探测器附近有烟雾时,自动打开水雾灭火器,启动录像,并触发警告。②振动传感器。当检测到振动时,启动录像并触发警告。③温湿度传感器。检测当前环境的温度与湿度。④温湿度调控设置。温湿度范围为1～100,用户可提前设置好,再点击自动监视按钮。设置好温湿度后,当设置的温湿度低于实际温湿度时,系统会自动打开温度调控器,温度调控器的工作为每半分钟工作一次。

设备资产智能出入库系统设计主要包括对设备、资产进行管理统计,利用智能货架技术对设备资产实现智能出入库操作等,具体如下:资产注册,对新资产进行信息注册,分配唯一的标签,修改或删除已注册的标签。资产入库,扫描记录进入库房的资产。资产出库,扫描记录离开库房的资产。数据库,提供对注册资产表、入库资产信息表、出库资产信息表、信息检索功能。资产统计,可对近一段时间内的资产进行统计,生成报表。智能货架,对货架上的物资进行扫描,方便查看物资的位置信息,当有货物上架或下架将自动提示。设备资产智能出入库系统实现的硬件部分主要由桌面读写器一体机和多通道高频读写器组成。一体机负责完成资产注册、出入库的管理。高频读写器负责实时监测智能货架上资产的移动状况及位置信息。设备资产智能出入库系统实现的软件部分由主页、资产注册、入库管理、出库管理、数据库、资产统计及智能货架等功能块组成。主页,系统登录界面,输入正确的用户名和密码才能使用软件其他功能。资产注册,为新物资分配唯一的RFID标签,建立数据库记录项,修改及删除已注册资产信息功能。入库管理,扫描需要入库的物资,加入到资产数据库。出库管理,扫描需要出库的物资,从资产数据库删除记录。数据库,包括对注册资产、入库资产、出库资产及资产数据库信息的查询检索功能,导出各数据库信息到Excel表格。资产统计,对今日、近一周、近一月、近一季度、近半年、近一年的入库及出库资产进行统计,将统计信息导出到Excel表格。智能货架,实时监测货架上物资的移动及位置信息,将物资信息导出到Excel表格。

智能展柜模块的设计主要实现展示功能,利用RFID射频技术及光学扫描技术处理电子标签、一维条码、二维条码。只需将标签及条码贴放于物品之上,参观者不仅能够通过橱窗观看展品,还可以通过手持扫描机扫取商品信息,展柜所有者只需对产品信息进行必要的维护和修改即可充分发挥展柜的功能,大大提高了智能展柜的便利性及实用价值。

2 系统测试与评价

基于物联网技术的人员设备管理系统是一种较为前沿的应用,物联网与人工智能行业的头部企业并没有就此达成统一标准,各种已建成的案例在软硬件选型、网络架构、模块功能上各有不同、各具特色并各有优缺点,因此很难用某些量化的指标及架构对整个系统进行同类产品比较。在这种背景下,用户的使用满意度就成为评价该系统优劣的有力证据。系统设计完成后进行了实地使用及评测,以便第一时间发现漏洞,获得第一手的评价资料。整个评测过程包括单一功能模块满意度评测及系统整体满意度评测。评测数据结果如表2、图3、表3所示。

表2 单一功能模块满意度调查Tab.2 Satisfaction survey of single function module

表3 基于物联网技术的人员设备管理系统满意度调查Tab.3 Satisfaction survey of personnel equipment management system based on Internet of Things technology

图3 用户满意度评分数曲线Fig.3 Curve of users’ satisfaction rating score

表2中的数据表明,系统各独立模块的功能得到了大部分用户的认可,其中报警、监控及门禁等功能受到好评,这与该领域的技术相对成熟、用户接触较多、接受程度较高有关。人员管理、设备仓储管理的评价稍次之,说明这方面的技术还有很多改进空间。而电力电子控制、GUI界面等方面的评价相对较低,这是本系统需要大力提高的地方。

图3从便利性、安全性、可靠性等方面对基于物联网技术的管理系统与传统管理系统进行用户满意度对比,画出相应的分布曲线。表3对图3中曲线的数字特征进行了具体说明。图3和表3中的数据显示,从偏度、峰度、h值、p值、平均分、标准差等参数上看,传统管理系统的用户满意度评分数曲线呈现略微左偏态分布,分数集中在50～80分段,标准差在10～13,说明用户对传统管理系统的满意度普遍不高,低分评价较多,评分两极分化较严重。基于物联网技术的管理系统用户满意度评分数则呈现近正态分布,分数集中在70～90分段,标准差在7～9,整体评分高出传统管理系统6～10分,低分段评价大为减少,两极分化现象减少,说明用户对该系统认可度是较为一致的好评。基于物联网技术的管理系统便利性的提升大于安全性,安全性的提升大于可靠性,符合设计预期。为了把管理人员从繁重的人工中解脱出来,便利性体验提升必然是最大的。而越复杂的系统可靠性越低,故可靠性的提升是最小的。无人值守安防相对于传统安防效果有阶梯性上升,但目前还不能完全取代传统安防手段,故提升效果处于三者中间的位置。

综合以上用户调查数据分析可以得出结论,设计的基于物联网技术的人员设备管理系统相比传统的管理系统可提高管理效率,安全性及可靠性,得到了用户的一致认可,达到了预期设计目标。