物联网技术简单系统设计

物联网作业1北京科技大学《物联网技术》系统设计浴室澡位引导系统学院：计算机与通信工程学院班级：通信1503学号：41524374姓名：刘桂生成绩：________________________2018年6月14日物联网作业2背景分析每一次大危机都会催生-些新技术，而新技术是使经济特别是工业走出危机的巨大推动力。2008年，全球金融危机爆发后，各国经济发展速度迅速下降，尤其是美国经济遭受了严重打击。美国奥巴马总统就职后，为寻找新的经济增长点，对IBM针对下一代的信息浪潮提出的“智慧地球”战略给予了高度关注，由此引发了世界各国对物联网的追捧。随着信息时代的发展，物联网渐渐登上了世界历史的舞台，成为掀起新一轮信息革命的旗手。如果说计算机、互联网引领了前两次世界信息产业的浪潮，那么物联网必将引领世界信息产业的第三次浪潮。物联网的应用范围之广、覆盖范围之大可谓空前绝后，就连号称覆盖全球的互联网都望尘莫及。不久之后，物联网不仅能涉及各行各业，还能连接万事万物，因此，信息产业专家预言，物联网将成为下一个亿万级规模的产业，在未来的发展过程中，它将为人们带来无限的商机。从技术角度来看，物联网是一个以无限射频电子标签技术(RFID)为基础，结合了多种已有技术(互联网技术、信息通信技术、数据库技术、中间件技术等)的网络系统。它通过大量的阅读器、移动电子标签、传感器等构筑了一个万物相连的网络，不仅能实现人与人的连接，还能实现人与物、物与物的连接，是一个比移动互联网更全面、更庞大的信息网络。物联网是一个能够影响人类未来发展的重点战略性新兴信息产业，它将极大地促进人类社会的信息化进程。人们利用物联网将物与物相互联系起来，将现实社会与虚拟社会相互联系起来，将人与世界万物联系起来，最终可实现对世界万物的绝对掌控。本人住在学生公寓九斋，整栋宿舍楼只有二楼和三楼各有一间浴室，由于夏季高温，洗澡人数巨大，而浴室在走廊最里面，除非走进浴室，否则无法知道浴室里洗澡人数几何、空余洗澡位置（以下简称澡位）还有多少、正在排队等待洗澡的人数多少。导致有时来到浴室发现人山人海，爆满。低楼层学生还好，可以返回宿舍等待，而高楼层学生则比较麻烦，来来回回爬楼梯较耗体力，而若在浴室里排队等待，则又浪费较长时间。而有时浴室又没几个人洗澡，但待在宿舍的物联网作业3同学又不知道澡位有空闲，导致澡位的浪费。以上问题给本人带来较大困扰，所以借此机会，我设计一个浴室澡位引导系统，对澡位编号，实时显示哪楼浴室澡位空闲数及排队等待人数，学生通过该信息，实现轻松洗澡。相关的国内外其它解决方案网上搜索了一下，并没有发现此问题的解决方案，但此问题与停车场车位引导系统功能类似，故在一定程度上借鉴此系统，现将车位引导系统大概原理编录如下：首先利用车辆探测器来实时获得车位占用信息。中央控制器根据预先定义的停车策略对显示屏和引导牌进行相应的显示，用户只需按照指示就可以顺利将车辆停入车位。车位引导系统分为几个模块：车位数据探测模块，中央处理模块，信息发布模块，信息显示模块。这种技术的核心在于车位探测和逻辑判断。车位探测可分为：车牌识别、超声波探测，红外探测，地感线圈探测等。通过对停车场内部各车位的停车状态进行检测，将停车状态信息通过管理器上传到数据转换器，再由数据转换器汇总到引导监控系统，分析处理停车状态数据，并在引导信息屏中（LED）发布空车位信息，引导司机迅速找到停车位，实现轻松停车。方案设计首先利用澡位探测器来实时获得澡位占用信息。中央控制器根据预先定义的策略对显示屏和引导牌进行相应的显示，学生只需按照指示就可以顺利知道有无空闲澡位。澡位引导系统分为几个模块：澡位数据探测模块，中央处理模块，信息发布模块，信息显示模块。澡位探测可分为：红外探测，地感线圈探测等。通过对浴室内部各澡位的洗澡状态进行检测，将澡位状态信息通过管理器上物联网作业4传到数据转换器，再由数据转换器汇总到引导监控系统，分析处理澡位状态数据，并在引导信息屏中（LED）发布空闲澡位信息，引导学生迅速找到停车位，实现轻松停车。系统由三部分组成，即数据采集系统、中央处理系统、输出显示系统。数据采集系统：在每个澡位对应的花洒出口处安装一个水流传感器，采集花洒是否正在出水，将水流传感器采集到的花洒状态信息实时传递到用于管理的PC机中进行汇总、处理。水流传感器位置如图一所示。图一压力传感器和水流传感器位置在浴室大门安装6个红外传感器，分为两组，一组门外，一组门里，采集进场浴室的人数及方向，将红外传感器采集到的人数状态信息实时传递到用于管理物联网作业5的PC机中进行汇总、处理。红外传感器位置如图二所示。图二6个红外传感器的位置中央处理系统：其功能对采集数据进行分析，并控制相应输出设备上进行显示。大致处理原理如下：首先将采集到的水流传感器和红外传感器信息进行数字化，即若若水流传感器有输出（输出值超过一定阈值），则记为1，否则为0，且按澡位编号存储（1表示此位置有人洗澡，0表示此位置空闲）；并将数字为0的澡位编号在显示器中输出。其次若门外红外传感器比门内红外传感器先输出且每组有不少于两个传感器有输出，则浴室人数+1（有人进浴室）；若门内红外传感器比门外红外传感器先输出且每组有不少于两个传感器有输出（有人出浴室），则浴室人数-1，实时将浴室人数显示在显示器上。如果澡位空闲数为0，则浴室排队等待人数等于浴室总人数-澡位总数；若空闲澡位不为0，则等待人数为0；在显示器上输出浴室排队等待人数。输出显示系统：它由显示屏组成。通过数据传输网络将信息送至中央处理系统，由中央处理系统对信息进行分析处理后，将各相关处理数据通过输出设备，将信息显示在显示屏上。显示屏大概如图三所示。物联网作业6图三显示屏显示的信息和现有方案的差异性暂未找到相同问题的解决方案，但与类似的问题（车位引导系统）的现有方案的差异如下：1.判断位置有无物体（学生或汽车）的原理不同：智能车位引导系统主要使用的是车牌识别、超声波探测、红外探测、地感线圈探测等；而我的澡位引导系统使用的是水流传感器探测花洒有无水流流出来判断是否有人占据澡位。2.中央控制系统的处理程序难易程度不同：智能车位引导系统控制程序较为复杂，实现的功能较多，而我的澡位引导系统因为场景较为简单，所要实现的功能较为单一，故而程序比较简单。3.花费不同：智能车位引导系统花费较大，而我的澡位引导系统因简单而花费较少。4.服务对象不同：智能车位引导系统服务的对象是社会上的车主，而我的澡位引导系统服务的是学校的学生。5.物联网作业7本方案的优势和缺点优势：1.本方案原理简单易懂，器件种类及数量较少，系统易于维护。2.本方案需要改进的内容较少，可以在现有基础上改建，不需要重新创建，改建工时短，不耽误现有功能使用。3.本方案需要采购的器件较少，花费不需要太大。4.本方案升级空间大，例：可将显示信息同步到网上，使学生通过网页或软件查询相关具体信息，做到足不出宿舍，便知浴室详情。缺点：1.方案有点粗糙，使用器件有点简单，对外界的抗干扰较差，可能出现人数误判现象，例：当有两个人同时进入浴室时，红外传感器可能会只判定一人进入；或当花洒出现损坏，无人使用时也出水，虽然此澡位空闲，但会被误判为占用。2.功能较为单一。方案的大体的成本施工成本：估计需要两个工人1天时间，现北京工人1天大概300元，需要600元。建设成本：红外传感器50元一个，需要6个，共300元；水流传感器10元一个，需要30个，共300元。单片机一个100元。改建一个浴室总共大概要1300元，两个2600元，故大概需要3000元预算。运行时间主要是传感器工作时间，大概可以工作3年。物联网作业8心得体会和建议或批评意见体会：通过本课程我了解了物联网的原理、发展、前景，知道了物联网的适用场景，知道了大概的设计过程，能够运用一些简单的传感器对一些简单的场景进行系统设计。还有就是第一个作业虽然最难，但操作感较好，亲眼看到实际成果，成就感更高，感觉更爽；剩下两个作业较偏理论写作，无法真正实现，略带些遗憾。建议：是否可以适当减少作业次数，比如三选一或三选二或提供更多的选题，让学生有更多的发挥空间。谢谢老师。