基于物联网技术的智慧体育馆系统设计与实现
2022-08-29李泳君杨怀港郑浩鑫
李泳君，杨怀港，郑浩鑫，陶 铭
（东莞理工学院 计算机科学与技术学院，广东 东莞 523808）
0 引 言
体育馆建设是体育运动设施建设中的重要一环，同时也体现了城市居民的生活质量水平。随着生活水平的日益提高，人们对体育馆的需求越来越大，体育馆的数量也在不断增加，但存在管理体系复杂等问题，导致体育馆场地不能够高效利用。因此，设计并开发了一种高效、智能的基于物联网技术的体育馆管理系统，以提高体育馆场地的利用率和管理水平。
本系统的设计主要包括5部分功能：
（1）硬件部分采用STM32和ESP8266相结合的设计方案，通过MQTT通信协议对体育馆场地设备进行控制；
（2）服务器端主要对系统运行过程中产生的数据进行存取；
（3）基于Bootstrap框架的系统管理员后台主要实现体育馆管理员、用户信息和体育馆场地信息的管理，以及体育馆设备管理、订单查看以及消息推送等功能；
（4）基于Android的体育馆用户APP客户端主要实现用户获取体育馆信息以及对体育馆场地进行预约。
1 系统架构
本系统后端采用的框架主要由SSM架构与三层架构组成。SSM架构是指Spring框架、SpringMVC框架和MyBatis框架。三层架构是指将系统项目按照职责不同划分为数据访问层、业务逻辑层和交互层，其中界面层用到了SpringMVC框架，数据访问层使用MyBatis框架，而Spring框架则用于全部层次之中。SpringMVC框架使用MVC软件设计模式，其中M代表模型（Model）、V代表视图（View）、C代表控制器（Controller）。前端使用Web网页、安卓APP和PyQt5桌面应用。系统架构如图1所示。
图1 系统架构
1.1 体育馆管理员功能设计
体育馆管理员模块的功能分为四大类：体育馆订单管理功能、体育馆场地管理功能、体育馆推送管理功能和体育馆工作日设置功能。主要功能为体育馆订单管理功能，如图2所示，包括：添加体育馆订单、查看体育馆订单信息、取消体育馆订单。
图2 体育馆订单管理功能时序图
1.2 体育馆用户功能设计
体育馆用户模块的功能有三大类：用户账户管理功能、体育馆场地预约功能和控制已下单的场地功能。主要功能为体育馆场地预约功能，如图3所示，包括：用户通过该功能实现对体育馆场地的预约。
图3 体育馆场地预约功能时序图
1.3 场地分配算法设计
本文设计了一种场地分配算法来更加智能地满足体育馆用户的场地预约请求，具体算法描述如下：
（1）预约场地订单的开始时间是当天：在这种情况下，场地分配算法会先查找符合预约类型的场地，然后再查找这些场地当天的场地订单，接着对每个场地的所有订单按照开始时间从小到大进行遍历，查看有无新订单插入的位置，如果有，则预约成功，否则预约失败。
（2）预约场地订单的开始时间不是当天：在这种情况下，场地分配算法会先查找符合预约类型的场地，然后再查找与预约订单同一天开始的同类型订单，接着给每个符合预约类型的场地设置最后结束时间，并且把这些场地按照最后结束时间从小到大排序，形成有序的场地集合。把与预约订单同一天开始的同类型订单合成订单集合，并按照开始时间从小到大排序。最后遍历订单集合，对于每一个遍历到的订单，取场地集合中的第一个场地，如果第一个场地的开始时间小于订单的开始时间，则说明该订单无法分配场地，预约失败。如果第一个场地的开始时间大于订单的开始时间，则该订单可以被分配场地，然后更新该订单的场地信息和该场地的最后结束时间，并对场地集合重新排序，接着遍历下一个订单。如果订单集合都能分配场地，则预约成功。
1.4 系统数据库设计
据实体对象的属性设计本系统各实体对象之间的关系模型。系统关系模型如下（单下划线用来表示“主键”，双下划线用来表示“外键”）：
（1）系统管理员（，名称，账号，密码）；
（2）体育馆管理员（，邮箱，密码，手机号码，体育馆名称，体育馆状态，体育馆地址，体育馆工作日，体育馆开始时间，体育馆关闭时间，注册时间，羽毛球场价格，篮球场价格）；
（3）体育馆用户（，邮箱，名称，手机号码，密码，注册时间）；
（4）体育馆场地（，，场地名称，场地类型，场地空闲状态，场地设备状态，场地灯光状态，场地使用状态）；
（5）体育馆订单（，订单名称，创建时间，开始时间，时长，价格，订单状态，，，）；
（6）体育馆推送（，，创建时间，推送内容）；
（7）体育馆假期（，，假期时间）。
2 系统测试
打开安卓APP输入账户、密码登录成功后，进入体育馆用户主界面。APP用户端的重点功能为场地预约和设备控制，体育馆用户查看场地信息后，可对场地进行预约，使用指定场地预约时，用户可以看到该场地的使用时间线，然后根据使用时间线进行场地预约，如图4所示。体育馆用户下单后，可对已下单场地进行控制，如图5所示。勾选设备和灯光键后，对应场地的设备将被打开。原型系统中灯光开启效果如图6所示。
图4 订单信息
图5 勾选设备
图6 打开场地灯光
3 结 语
本文设计并实现了一种基于物联网技术的智慧体育馆管理系统。硬件部分采用STM32+ESP8266，并采用MQTT传输场地设备控制指令。后端基于SSM架构，同步开发了体育馆用户Android APP、基于PyQt5框架的体育馆管理员桌面应用客户端和基于Bootstrap框架的Web管理后台，以及设计了一种场地分配算法，能够更加智能地满足体育馆用户场地预约请求。本系统虽然实现了智能体育馆的基本功能，但仍有许多不足之处，需进一步完善。
