基于物聯網技術的智能戶外公廁系統設計

李紅斌

摘要：為了強化公共衛生間的智能化與信息化管理，全面提升城市公共設施智能化和人性化服務水平，借助物聯網、云計算平臺等先進技術設計了智能戶外公廁系統。該系統硬件將廁所內各主要環節的智能化傳感器設施及設備進行連接，智能模塊設計了智能導廁、臭氣監控、蹲位顯示以及人流識別等功能。它不僅能以更智能的方式實現公共衛生間管理，解決人們的“拉撒”問題，而且可為今后拓展商業及其他服務、大數據開發應用等奠定良好的基礎。

關鍵詞：智能；公廁系統；物聯網

中圖分類號：TP212；TU242.9文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0009-03

Design of Intelligent Public Toilet System Based on Internet of Things Technology

LI Hongbin（Suzhou Chien-Shiung Institute of Technology， Taicang Jiangsu 215411）

Abstract： In order to improve the intelligent and informatized management of public toilets， and comprehensively im？ prove the level of intelligent and humanized services of urban public facilities， with the help of advanced technologies such as the IoT technology and cloud computing platforms， the smart public toilet system has been designed. The main links in the toilet are connected through intelligent sensor facilities and equipment. Including functional mod？ ules such as intelligent toilet guidance， odor monitoring， squatting position display， and people flow recognition， which not only realizes public toilet management in a smarter way， but also solves people’s decentness. It has laid a good foundation for the future expansion of business and other services， and the development and application of big data.

Keywords： intelligence；public toilet system；Internet of Things

隨著城市建設的不斷發展，信息化和智能化水平不斷提升，公共服務設施迎來了智能化變革。公共廁所作為城市文明建設的一扇窗戶，近年來對其進行智能化革新的研究不斷深入。董光光、歐家慶設計了一種智慧廁所系統，可以實現快速定位、查看廁所環境以及查看人流量等功能[1]。陳雪小基于樹莓派設計了一款可用于商場、寫字樓等公共場所的智慧廁所系統，通過紅外傳感器、全球定位系統（Global Position System，GPS）和溫濕度傳感器采集廁所信息，并可將數據發布到阿里云物聯網平臺[2]。

筆者主要針對戶外環境設計一款模塊安裝式智能公廁系統，并且嚴格遵循相應國家標準，對廁所服務功能進行優化升級，全面提升智能化和人性化服務水平，利用物聯網技術幫助用戶更容易找到附近的廁所位置，并且在進入廁所前及時掌握實時蹲位占用情況。此外，在人流量較大的時候，智能公廁系統有助于及時分流，緩解公廁使用壓力。通過對人流量和環境空氣值的綜合分析，管理者可以更加準確地把握各廁所現場實時情況，及時安排清潔人員進行維護清掃。

1設計原則

本設計主要參考的國家標準有《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）、《公共廁所衛生規范》（GB/T 17217—2021）、《旅游廁所質量等級的劃分與評定》（GB/T 18973—2016）、《糞便無害化衛生要求》（GB 7959—2012）及《免水沖衛生廁所》（GB/T 18092—2008）。

《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）定義了環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于10μm的顆粒物稱可吸入顆粒物，環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5μm的顆粒物稱細顆粒物，并指出了年平均值、季平均值以及月平均值等算術平均值的計算方法。

《公共廁所衛生規范》（GB/T 17217—2021）指出，公共廁所是城市的一項基礎衛生設施。公共廁所的建筑面積和衛生器具數量必須滿足服務范圍內人群的需要；地面、墻裙、蹲臺面、小便池等應采用光滑、便于沖洗、耐腐蝕、不易附著糞、尿垢的材料建筑；公共廁所的地址應選擇在使用方便、地點適宜的地段，與飲食食品行業、托幼兒機構和城市集中式給水點的距離應在30 m以上；一類公共廁所應設管理室；公共廁所的大便器之間必須設置隔斷和門，一類廁所的隔斷不得低于1.8 m；公共廁所必須安裝防蠅、防鼠設施；公共廁所的化糞池或儲糞池在建筑上應做到密閉、有蓋、不滲漏，防止污染地下水。在重點旅游區設置公共廁所，應符合一類水沖式廁所衛生標準，必要時還可增加自動（或腳踏）洗手設備、烘手器、梳妝室、機械通風裝置以及必要的室內美化、香化設施。對不符合衛生標準的城市公共廁所，主管部門應制定規劃，分期分批進行改建。

公廁主要衛生具體指標如表1所示?！堵糜螏|量等級的劃分與評定》（GB/T 18973—2016）定義了廁所惡臭強度同惡臭氣體濃度及嗅覺感受的關系：當氨氣質量濃度在0.6 mg/m3時，正常嗅覺的感受是氣味很弱但能分辨其性質；當氨氣質量濃度在2.0 mg/m3時，正常嗅覺的感受是很容易感覺到氣味。

2智能戶外公廁系統總體架構設計

該系統主要由現場感知設備層、現場控制管理層和云端數據處理展示層3個層級組成，系統總體架構如圖1所示。現場感知設備層主要由環境檢測傳感器、人體感應傳感器、緊急報警按鈕等現場設備組成?，F場感知設備通過物聯網關實現傳感器數據的實時采集。物聯網關可提供ZigBee、433 MHz超外差、藍牙、LoRa常規物聯網無線接口。現場控制管理層包括管理監控系統和廁位引導系統。管理人員可通過監控系統實時監控各個模塊的運行狀態，發現問題并及時上報系統設計云服務器，用于遠程數據監控及管理，而管理界面可通過超文本傳輸協議（Hyper Transfer Protocal，HTTP）和消息隊列遙測傳輸（Message Queue Telemetry Transport，MQTT）協議通信；廁所配備廁位引導系統大屏，主要實現現場數據的可視化及公益宣傳等功能。云端數據處理展示層包括管理網頁和手機App，通過云服務器實現云端及物聯網網關的互聯互通、協議轉換等功能[3]。

3系統功能設計

3.1使用狀態監視

系統設計了男廁、女廁及第三衛生間坐便器、蹲便器使用狀態監測、使用時間的統計，可通過LED點陣屏或者LED指示燈條顯示男廁、女廁及第三衛生間坐便器、蹲便器使用狀態指示。有人時顯示紅色，無人時顯示綠色。LED點陣屏可切換中英文顯示，在有人使用狀態可顯示已使用的時間。此外，還設計了男廁和第三衛生間小便斗的使用狀態監測、使用時距離測量以及可使用距離的友情提醒。

3.2環境檢測

環境檢測設計了男廁、女廁及第三衛生間實時環境監測，包括溫度、濕度、氨氣、H2S、PM2.5、PM10及CO2等。

3.3報警

廁位旁邊配備一鍵報警按鈕，管理間配備聲光報警器。用戶如出現緊急情況，可輕觸一鍵報警開關報警，同時在管理間的聲光報警器會持續發出一段時間的聲光報警，以便管理間工作人員及時到現場進行處理。報警消息也會發送到云平臺，方便遠程管理人員第一時間收到[4]。

3.4中控大屏

中控大屏設計包括廁位占用情況、環境信息的實時顯示、男廁女廁及第三衛生間使用人數統計顯示以及基于位置信息的自動天氣預報信息顯示，還可根據需要實現防疫宣傳、垃圾分類等公益廣告圖片的輪播展示。

3.5管理間監控界面

管理間監控界面可實時顯示各個設備的在線狀態、離線狀態及傳感器工作狀態。同時，各傳感器狀態同步至云端服務器，提供網頁及小程序等方式，可以連接至云服務器，實時獲取廁所的相關數據[5]。

4關鍵部件設計

4.1物聯網關設計

根據系統網絡拓撲圖，物聯網關要求可接收ZigBee、433 MHz超外差、藍牙、LoRa等常見無線物聯網通信信號，具備USB、RS232、CAN、RS485常規有線通信功能，并具備無線組網功能。因此，物聯網關設計要選擇通信接口兼容性強的設備，具體硬件參數指標如表2所示[6]。

4.2環境監測單元設計

環境檢測單元包括溫度、濕度、PM2.5、PM10、氨氣、H2S、CO2及煙霧檢測等，采用模塊化設計，無線組網，既是終端也是中繼，時時上報數據到物聯網關。檢測通過激光人體傳感器、氨氣及硫化氫傳感器、溫濕度傳感器、空氣中微小顆粒物傳感器以及二氧化碳傳感器等設備進行數據采集，通過廁位占用指示燈、液晶顯示屏等設備進行信號輸出與顯示，同時配備手機小程序和電腦后臺監控軟件。具體傳感器參數如表3所示。

5結語

為改善城市環境衛生，創建衛生城市，保障人們的身體健康，促進經濟和旅游事業的發展，在前人研究的基礎上，重點參考相關國家標準，開發了一款針對戶外公廁的智能系統。它不僅可以顯示廁位平面圖、廁內環境等信息，還可以顯示公告信息及其他多媒體信息等，支持云端遠程配置，可隨時調整顯示內容或信息。該系統有效提高了公廁的智能化管理水平，提升了人們對公廁使用體驗的舒適感。

參考文獻：

[1]董光光，歐家慶.基于物聯網技術的智慧廁所系統設計[J].廣西科學院學報，2017（1）：71.

[2]陳雪小.基于樹莓派智慧廁所系統設計[J].計算機產品與流通，2010（10）：284.

[3]張雯雯.基于智能化視角的公共廁所設計研究[D].南京：南京藝術學院，2020：1-93.

[4]劉波.美國城市公共廁所的設計及其啟示[J].生態經濟，2017（4）：196-200.

[5]楊鋼.我國公共廁所設計定位與設計策略[J].山東工藝美術學院學報，2019（4）：13-16.

[6]林毅.淺談廁所革命與人類文明[J].陶瓷，2018（6）：76-77.