基于物联网的智能宿舍系统

摘 要：基于现代物联网概念，针对高校的学生公寓，这里搭建了一套智能宿舍系统，以便学校学生宿舍里的学生和管理人员享受到现代智能家居带来的方便与便捷。系统以网页形式面向两类用户群，用树莓派作为系统服务器，还包括有一系列相关的配套设备，包括改装过后的宿舍门锁，单独设计的配套空调遥控器，温度烟雾传感器，还有遥控插线板等。

关键词：智能宿舍系统；物联网；单片机；433M；树莓派

1 系统的目的及意义

近年来，学生宿舍一直不够智能化，无法实现对宿舍的实时监管。为了使同学的生活更加的便利，方便楼管精准的维护宿舍的安全，我们开发了一套宿舍智能管理系统，对宿舍内的基本设备如插座和门锁进行了加装433M无线遥控开关的改造，同时研制了湿度烟雾显示报警器，通过手机或电脑平台进行操作，可达到远程控制门锁开关，电灯，空调开关以及对宿舍环境监控的目的。实现宿舍、管理人员、居住人员信息间的交流，达到智能宿舍系统关系的目标。

2 总体设计

智能宿舍系统主要基于物联网技术，采用ARM嵌入式系统与51单片机，利用无线传感器技术、信号处理与通信技术现系统的整体构架。将宿舍的基本电器配置与互联网相连接，进行信息交换和通讯来对用电器的进行智能监控和管理，实现自动开关宿舍门、对插座上的用电器进行控制、并监测宿舍环境等等功能，从而完成对宿舍的智能化管理。

物联网技术的实现依靠三层架构，感知层，网络层和应用层。感知层的主要功能是感知信息，在这个层面上包含了各种硬件设备，如加装了单片机STC15W408AS和433M模块的门锁，插座，温度烟雾显示报警器等设备，采用无线通信、传感器控制等技术，搭建中继网络节点连接各个感知层与网络层，将用电器接收到的信息传给网络层。网络层的基础设施包括互联网和手机端，应用了网络融合、网络传送及无线通讯技术将信息传给应用层。用蓝牙和433M通信模块构成通信节点使手机控制端嵌入楼内通信网络，依靠树莓派搭建服务器实现宿舍内部网络和外部网络的连接和数据交换。应用层则通过数据存储，数据处理等技术对数据进行汇总，分析，处理和呈现。该部分包含客户端的Android应用APP程序和楼管管理端的网页两部分。

2.1 感知层的实现

感知层包含了多种设备，核心技术是在宿舍各种用电器上加装了单片机STC15W408AS和433M模块以感知信息。STC15W408AS单片机是最新一代51集成电路芯片，具有体积小、抗干扰能力强、功能强大等特点。433M通信模块无线通信频段434MHz-437MHz，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，适合多发一收无线遥控及数据传输系统，在宿舍楼中穿墙能力较强，并且性价比高。二者构成了最小系统。在这个层面上改装的门锁，插座，温度烟雾报警器等设备，采用无线通信、传感器控制等技术，构成组成各种感知层设备，将用电器接收到的信息传给网络层。

2.2 网络层的实现

网络层应用了网络融合、网络传送及无线通讯技术将信息传给应用层。用蓝牙和433M通信模块构成通信节点使手机控制端嵌入楼内通信网络；用STC15W408AS和433M通信模块搭建中继网络节点连接各个感知层部分；依靠树莓派搭建服务器实现宿舍内部网络和外部网络的连接和数据交换。

整个智能宿舍系统的网络层部分主要分三部分实现：设备～组网（中继）～终控（树莓派端），与实际系统对应为宿舍内网络节点～楼道内的通信中继器～宿舍楼服务器。其基础设施包括互联网和手机端。

在传递数据信息过程中，设备将信号发出，传递到中继处补偿信号衰减，为了方便层级管理，先将数据传到一级中继处，再传到二级中继处，扩大传输距离，最后到终控处完成对各种设备进行集中管理和控制。终控处的实现基于树莓派，用户数据存在MySQL中。

我们设计的通信协议，使用类ZigBee的方式自建组网实现上下行的数据传输。系统自下而上的三层结构为设备，中继，终端。他们之间的数据传输包分为四部分，分别是起始和终止的标志位、信号发出的设备标识号、数据最初来源的设备表示号和中继ID构成的路由表。依照这套协议，通过点对点通信的模式，实现信息从服务器到设备之间的稳定可靠的传输。

2.3 应用层的实现

应用层即为搭建的智能宿舍平台，包含学生用户端的Android应用程序和楼管管理端的网页两部分。

对于生活在宿舍的学生用户群体，其可通过在该平台上注册为一般用户，来对宿舍内的电器开关等进行远程监测与控制；对于宿舍楼的管理者用户，其

可通过在该平台上注册为管理员，来对整栋楼所有宿舍进行监控与管理。使用电脑或手机都可实现对宿舍的监控与操作。手机端可以直接通过433M转蓝牙串口模块实现直接嵌入系统网络，来实现用户对宿舍设备的控制。使用网页端时，先进行身份确认，分为普通用户和管理员两个通道。管理员登录后，可对数据库内所有宿舍进行查询和更改设置，既可以看到整栋楼的用户数据和宿舍内的情况汇总，也可对电器进行操作，达到对宿舍监督的作用，保证宿舍的安全。

3 系统优点及创新点

该套系统相比现在市场上已有的智能家居产品，我们的系统网络覆盖面积更大，而不是只限于一个路由器可以覆盖到的地方；我们无线通信选用的频段更低，穿墙性更好；同时设备改装成本低，整套系统成本也可以降得很低，更贴近实际生活，实用性强，便于市场接受，便于系统推广与应用。

参考文献

[1]陈慕雷.基于多模传输协议的智能家居网关开发[D].西北工业大学.2014

[2]李晓卉.智能家居无线传感器网络路由.北京： 电子工业出版社，2014.3

作者简介

宋涵（1996-），男，汉族，西北工业大学动力与能源学院专业2014级学生。