基于物聯使能平臺的智慧公寓系統設計與實現

摘 要：隨著科技的快速發展，智能化已成為公寓管理的必然趨勢，而物聯網相關技術的引入則加速了公寓管理的智能化進程。采用工業互聯網標識解析技術，為門鎖、電表、水表等智能設備賦予唯一標識，借助物聯使能平臺快速構建設備接入系統及公寓的安全和能耗等各方面的監測和控制應用。此外，針對公寓管理的便捷化需求，開發了公寓管理應用程序，方便管理人員進行遠程控制和日常管理，主要實現了遠程控制、智能安防、數據統計等功能，顯著提高了公寓的運營效率，提升了租戶的居住體驗。

關鍵詞：物聯網；智慧公寓；標識解析；智能化管理；安全管理；遠程控制

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）11-0-03

0 引 言

隨著科技的不斷進步和社會的快速發展，人們對于生活品質的要求越來越高，對于智能化、便捷化的生活方式的需求也越來越強烈。在此背景下，物聯網技術的興起為各類智能管理系統的廣泛應用提供了強有力的技術支持[1-5]。在新型的智慧公寓管理系統中借助物聯網相關技術實現智能化管理，不僅有效提高了居民的生活質量和安全性，同時還降低了管理成本，因而成為當前研究的熱點[6-10]。

本文提出了一種基于物聯使能平臺的智慧公寓系統設計與實現方法。通過物聯網平臺接入智能設備，包括但不限于智能門鎖和智能水電表設備，可以實現對公寓的安全、能耗、環境等各方面指標的監測和控制，提高管理效率，降低成本，提升居住體驗。同時引入工業互聯網標識解析技術，為每臺實體設備賦予唯一標識標簽，掃碼即可查看設備運行狀態，提高了設備的安全性，減輕了設備維護壓力。

系統主要包含房間管理、水電抄表、設備監控3大功能模塊。房間管理模塊負責對每個房間的智能設備進行遠程控制和狀態查詢，包括住戶授權遠程下發、水電用量查詢、開門記錄查看等功能。通過水電抄表模塊可以分別從時間和房間維度查看并分析水電用量，智能計算水電費。設備監控模塊能夠實時監測設備狀態、告警信息與能耗情況，并通過短信通知和大屏展示，實現對公寓異常事件的預防和及時處理。通過該系統，可以實現公寓的智能化管理，達到提高居住體驗和管理效率的目的。

1 相關技術

1.1 物聯使能平臺

物聯使能平臺是連接和管理各類物聯網設備，實現設備之間的互聯互通和智能化控制的技術平臺。它具有設備連接、數據采集、數據存儲和分析、遠程控制和智能決策等基本功能。這些通用功能的抽象化與實現，使得物聯使能平臺成為加速推進智能制造、智慧城市等多元化應用場景實現的關鍵驅動力。

物聯使能平臺采用分層架構，通常包括設備層、網絡層、平臺層和應用層，如圖1所示。設備層主要包括各種傳感器、智能設備和終端設備等，負責采集現場數據和執行控制指令。網絡層主要負責將設備層的數據傳輸到物聯網平臺，包括各種通信協議和網絡接口。平臺層是物聯網平臺的核心，負責數據的存儲、分析和處理，設備的遠程管理和控制以及常見應用邏輯的封裝。應用層則是針對不同行業和領域的應用場景，開發具有特定功能的軟件或應用程序。

本系統通過物聯網使能平臺接入智能設備，使用API接口的方式控制設備，接收設備上報數據，實現公寓管理的各項業務功能。

1.2 工業互聯網標識解析

標識解析的全稱是工業互聯網標識解析，主要是借助工業互聯網標識解析系統，給每一個對象賦予唯一標識碼，實現跨地域、跨行業、跨企業的信息查詢和共享，相當于網絡各要素的“身份證”。本系統通過標識編碼、賦碼機制，在設備上關聯生成的二維碼標簽，使用手持設備進行掃碼，利用標識解析二級節點遞歸解析標識，從而展示設備的詳細運行信息，便于排查設備故障，提高設備使用的安全性。

2 系統架構

2.1 技術架構

系統基于B/S架構開發，技術架構如圖2所示。前端框架使用了基于Vue生態的技術棧。Vue是一款用于構建用戶界面的漸進式前端框架，因其漸進式、組件化、高性能、簡單靈活的特性，在前端工程應用廣泛。系統采用Nginx作為后端服務的前置網關，Nginx作為一款高性能的反向代理服務器，可以通過負載均衡技術極大地提高系統的并發與伸縮擴容能力。后端服務使用Java作為開發語言，SpringBoot作為開發框架，同時引入MyCat作為分庫分表中間件，Prometheus和Grafana作為服務監控中間件。SpringBoot框架在精簡配置的同時整合了龐大的生態圈與工具鏈，極大地減輕了開發Java應用的工作量。在系統數據庫方面，分別使用了MySQL、MongoDB和Redis。其中Redis作為緩存庫，能夠提高系統性能；MySQL則用于存儲結構嚴謹的關系型數據；MongoDB用于存儲設備日志等文檔數據。這種數據庫的異構設計能夠大幅提升系統的讀寫性能。

2.2 功能架構

本文設計的基于物聯使能平臺的智慧公寓系統，主要通過物聯網平臺接入智能設備，控制設備完成公寓的智能化管理。系統功能框圖如圖3所示。房間管理功能：實現對房間內的智能門鎖與智能水電表的操作，包括門鎖授權下發、水電抄表和開門記錄。租戶管理功能：實現對租戶授權的凍結或解凍，以及授權刪除。設備管理功能：通過物聯網平臺注冊并管控設備，查看設備實時運行狀態。水電抄表功能：可以從多維度導出水電用量記錄，智能計算水電費。設備監控功能：可以實時監測設備狀態、告警信息與能耗情況，并通過可視化大屏展示，還可通過短信通知相關人員，減輕運營人員的壓力。工單管理功能：用于處理故障報修，分為運營人員問題派單與維修人員接單維修，提高設備維修效率。設備日志功能：記錄物聯網平臺的數據上報情況，幫助問題溯源。系統監控功能：用于展示系統服務運行狀態，便于系統運維人員進行問題排查。

2.3 功能分析

智慧公寓管理系統與物聯平臺交互的功能主要分為門鎖授權下發與電表數據采集，下面分別以門鎖與電表為例，分析二者的交互邏輯。

2.3.1 門鎖數據管理

智能門鎖的數據上報機制是每隔一段時間自動上報數據至物聯平臺，平臺通過轉發機制將上報數據推送至公寓管理系統。其中門鎖上報數據可分為3類，分別為上下線數據、指令響應數據以及事件上報數據。上下線數據是門鎖的在線狀態；指令響應數據為門鎖收到系統指令并執行指令后的響應數據；事件上報數據具體可分為心跳事件和授權事件。

門鎖數據上報處理流程如圖4所示。首先在物聯網平臺上訂閱設備數據，并通過平臺的開放接口為租戶下發門鎖相關指令。當門鎖收到并執行指令后將響應數據緩存在門鎖存儲器內，并定時向物聯平臺上報存儲器內的數據，平臺再將數據轉發至公寓管理系統。系統收到設備數據后先記錄設備日志，再過濾并記錄告警信息。然后系統會判斷數據類型，若為上下線信息，則更新門鎖的實時狀態；若為指令響應信息，則判斷指令狀態，若成功則更新指令狀態為成功，若超時則重發指令；若為事件上報信息，則判斷事件類型。事件類型分為心跳、新增密碼、刪除密碼、凍結密碼和解凍密碼。心跳數據中包含門鎖的開門信息以及門鎖電量。系統收到心跳信息后記錄開門數據并更新門鎖電量。當上報事件為新增密碼時，更新租戶的狀態為“正常”，同時發送短信告知租戶密碼；當上報事件為刪除密碼時，更新租戶的狀態為“刪除”；當上報事件為凍結密碼時，更新租戶的狀態為“凍結”；當上報事件為解凍密碼時，更新租戶的狀態為“正常”。系統對門鎖數據進行處理后會實時展示門鎖狀態、租戶密碼狀態、租戶開門記錄等關鍵信息，從而有效提高公寓管理效率。

2.3.2 電表數據管理

電表數據同門鎖數據一樣分為3種數據類型，在物聯平臺上訂閱設備數據后，電表每小時上報一次讀數，如圖5所示。系統收到轉發數據后記錄電表讀數，判斷數據類型。若為電表讀數，則結合電流、電壓和電量3個參數判斷是否超過用電危險閾值，若超過則自動觸發拉閘指令，提高用電安全性。同時計算每日用電量，便于電費自動計算。通過分析電表數據能夠展示公寓能耗，促進公寓管理智能化、透明化。

3 系統實現

3.1 公寓管理

圖6為公寓監管頁面，展示了系統整體數據指標。左上角為水電表接入數量以及在離線狀態，中間為公寓所有房間數以及相應的入住率，右上角為公寓報修工單列表。左下角為門鎖異常列表，包括低電門鎖和離線門鎖。右下角為水電表異常列表，包括水表離線、電表離線、水表用量異常和電表用量異常。監管頁面能夠幫助用戶掌控公寓實時狀況，監控智能設備運行以及及時處理突發事故。

3.2 房間管理

圖7為房間管理頁面，上方為房間信息，下方為房間設備數據，包括門鎖與租戶管理、電表管理、水表管理和開門記錄。門鎖與租戶管理頁面的左邊展示了門鎖設備信息，包括設備位置、設備編號、設備電量和設備信號。右邊為租戶信息，點擊“添加租戶”按鈕可為房間分配租戶并向門鎖發送隨機密碼指令。水電表管理頁面通過接收并處理水電表上報的數據，展示每日用電和用水量及水電費。開門記錄頁面展示了每次開門的租戶信息和時間。在房間管理頁面能夠查看并處理房內設備問題。

4 結 語

本文設計并實現了一種基于物聯網使能平臺的智慧公寓系統。相比傳統公寓系統具有顯著優勢，通過將物聯網技術應用于智慧公寓系統，實現自動化、智能化的設備控制和管理，更好地滿足租戶的個性化需求，提高了租戶居住便捷性的同時，也提升了平臺管理的高效性和安全性。此外，通過監控公寓能耗，智慧公寓系統還能有效降低能源消耗，實現節能減排。

參考文獻

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作者簡介：陳 濤（2000—），男，研究方向為軟件技術。

劉文軍（1981—），男，博士，副教授，研究方向為并行與分布式系統、無線傳感器網絡等。

陳 晨（1998—），女，工程師，主要研究方向為工業軟件、系統架構等。

收稿日期：2023-11-02 修回日期：2023-12-05

基金項目：江蘇省青藍工程；江蘇省高校自然科學基金項目（21KJB520026）；蘇州工業職業技術學院院級課題（2020kytd04，2022kjcx07）