基于物联网技术的智能户外公厕系统设计

2021-04-25李红斌

河南科技 2021年35期

李红斌

摘要：为了强化公共卫生间的智能化与信息化管理，全面提升城市公共设施智能化和人性化服务水平，借助物联网、云计算平台等先进技术设计了智能户外公厕系统。该系统硬件将厕所内各主要环节的智能化传感器设施及设备进行连接，智能模块设计了智能导厕、臭气监控、蹲位显示以及人流识别等功能。它不仅能以更智能的方式实现公共卫生间管理，解决人们的“拉撒”问题，而且可为今后拓展商业及其他服务、大数据开发应用等奠定良好的基础。

关键词：智能；公厕系统；物联网

中图分类号：TP212；TU242.9文献标识码：A文章编号：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

隨着城市建设的不断发展，信息化和智能化水平不断提升，公共服务设施迎来了智能化变革。公共厕所作为城市文明建设的一扇窗户，近年来对其进行智能化革新的研究不断深入。董光光、欧家庆设计了一种智慧厕所系统，可以实现快速定位、查看厕所环境以及查看人流量等功能[1]。陈雪小基于树莓派设计了一款可用于商场、写字楼等公共场所的智慧厕所系统，通过红外传感器、全球定位系统（Global Position System，GPS）和温湿度传感器采集厕所信息，并可将数据发布到阿里云物联网平台[2]。

笔者主要针对户外环境设计一款模块安装式智能公厕系统，并且严格遵循相应国家标准，对厕所服务功能进行优化升级，全面提升智能化和人性化服务水平，利用物联网技术帮助用户更容易找到附近的厕所位置，并且在进入厕所前及时掌握实时蹲位占用情况。此外，在人流量较大的时候，智能公厕系统有助于及时分流，缓解公厕使用压力。通过对人流量和环境空气值的综合分析，管理者可以更加准确地把握各厕所现场实时情况，及时安排清洁人员进行维护清扫。

1设计原则

本设计主要参考的国家标准有《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）、《公共厕所卫生规范》（GB/T 17217—2021）、《旅游厕所质量等级的划分与评定》（GB/T 18973—2016）、《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012）及《免水冲卫生厕所》（GB/T 18092—2008）。

《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）定义了环境空气中空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物称可吸入颗粒物，环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物称细颗粒物，并指出了年平均值、季平均值以及月平均值等算术平均值的计算方法。

《公共厕所卫生规范》（GB/T 17217—2021）指出，公共厕所是城市的一项基础卫生设施。公共厕所的建筑面积和卫生器具数量必须满足服务范围内人群的需要；地面、墙裙、蹲台面、小便池等应采用光滑、便于冲洗、耐腐蚀、不易附着粪、尿垢的材料建筑；公共厕所的地址应选择在使用方便、地点适宜的地段，与饮食食品行业、托幼儿机构和城市集中式给水点的距离应在30 m以上；一类公共厕所应设管理室；公共厕所的大便器之间必须设置隔断和门，一类厕所的隔断不得低于1.8 m；公共厕所必须安装防蝇、防鼠设施；公共厕所的化粪池或储粪池在建筑上应做到密闭、有盖、不渗漏，防止污染地下水。在重点旅游区设置公共厕所，应符合一类水冲式厕所卫生标准，必要时还可增加自动（或脚踏）洗手设备、烘手器、梳妆室、机械通风装置以及必要的室内美化、香化设施。对不符合卫生标准的城市公共厕所，主管部门应制定规划，分期分批进行改建。

公厕主要卫生具体指标如表1所示。《旅游厕所质量等级的划分与评定》（GB/T 18973—2016）定义了厕所恶臭强度同恶臭气体浓度及嗅觉感受的关系：当氨气质量浓度在0.6 mg/m3时，正常嗅觉的感受是气味很弱但能分辨其性质；当氨气质量浓度在2.0 mg/m3时，正常嗅觉的感受是很容易感觉到气味。

2智能户外公厕系统总体架构设计

该系统主要由現场感知设备层、现场控制管理层和云端数据处理展示层3个层级组成，系统总体架构如图1所示。现场感知设备层主要由环境检测传感器、人体感应传感器、紧急报警按钮等现场设备组成。现场感知设备通过物联网关实现传感器数据的实时采集。物联网关可提供ZigBee、433 MHz超外差、蓝牙、LoRa常规物联网无线接口。现场控制管理层包括管理监控系统和厕位引导系统。管理人员可通过监控系统实时监控各个模块的运行状态，发现问题并及时上报系统设计云服务器，用于远程数据监控及管理，而管理界面可通过超文本传输协议（Hyper Transfer Protocal，HTTP）和消息队列遥测传输（Message Queue Telemetry Transport，MQTT）协议通信；厕所配备厕位引导系统大屏，主要实现现场数据的可视化及公益宣传等功能。云端数据处理展示层包括管理网页和手机App，通过云服务器实现云端及物联网网关的互联互通、协议转换等功能[3]。

3系统功能设计

3.1使用状态监视

系统设计了男厕、女厕及第三卫生间坐便器、蹲便器使用状态监测、使用时间的统计，可通过LED点阵屏或者LED指示灯条显示男厕、女厕及第三卫生间坐便器、蹲便器使用状态指示。有人时显示红色，无人时显示绿色。LED点阵屏可切换中英文显示，在有人使用状态可显示已使用的时间。此外，还设计了男厕和第三卫生间小便斗的使用状态监测、使用时距离测量以及可使用距离的友情提醒。

3.2环境检测

环境检测设计了男厕、女厕及第三卫生间实时环境监测，包括温度、湿度、氨气、H2S、PM2.5、PM10及CO2等。

3.3报警

厕位旁边配备一键报警按钮，管理间配备声光报警器。用户如出现紧急情况，可轻触一键报警开关报警，同时在管理间的声光报警器会持续发出一段时间的声光报警，以便管理间工作人员及时到现场进行处理。报警消息也会发送到云平台，方便远程管理人员第一时间收到[4]。

3.4中控大屏

中控大屏设计包括厕位占用情况、环境信息的实时显示、男厕女厕及第三卫生间使用人数统计显示以及基于位置信息的自动天气预报信息显示，还可根据需要实现防疫宣传、垃圾分类等公益广告图片的轮播展示。

3.5管理间监控界面

管理间监控界面可实时显示各个设备的在线状态、离线状态及传感器工作状态。同时，各传感器状态同步至云端服务器，提供网页及小程序等方式，可以连接至云服务器，实时获取厕所的相关数据[5]。

4关键部件设计

4.1物联网关设计

根据系统网络拓扑图，物联网关要求可接收ZigBee、433 MHz超外差、蓝牙、LoRa等常见无线物联网通信信号，具备USB、RS232、CAN、RS485常规有线通信功能，并具备无线组网功能。因此，物联网关设计要选择通信接口兼容性强的设备，具体硬件参数指标如表2所示[6]。

4.2环境监测单元设计

环境检测单元包括温度、湿度、PM2.5、PM10、氨气、H2S、CO2及烟雾检测等，采用模块化设计，无线组网，既是终端也是中继，时时上报数据到物联网关。检测通过激光人体传感器、氨气及硫化氢传感器、温湿度传感器、空气中微小颗粒物传感器以及二氧化碳传感器等设备进行数据采集，通过厕位占用指示灯、液晶显示屏等设备进行信号输出与显示，同时配备手机小程序和电脑后台监控软件。具体传感器参数如表3所示。

5结语

为改善城市环境卫生，创建卫生城市，保障人们的身体健康，促进经济和旅游事业的发展，在前人研究的基础上，重点参考相关国家标准，开发了一款针对户外公厕的智能系统。它不仅可以显示厕位平面图、厕内环境等信息，还可以显示公告信息及其他多媒体信息等，支持云端远程配置，可随时调整显示内容或信息。该系统有效提高了公厕的智能化管理水平，提升了人们对公厕使用体验的舒适感。