智慧型写字楼自主调控系统软件的设计

摘要：智慧型写字楼是智慧城市建设中不可或缺的一环，它通过物联网技术将各种设备、传感器、控制器等连接起来，实现对写字楼内部的环境、安防、能耗等方面进行全面监控和精细化管理。在系统设计过程中消防、新风、照明、门禁和温湿度调控等功能模块间的数据交互和软件设计，直接关系到系统的效率和质量。文章基于阿里云ECS服务器，采用JSON技术对系统各模块的数据包进行交互，使用C语言和MySQL实现了智慧型写字楼自主调控系统数据包的快速交换和软件设计，提高了系统的效率和稳定性，为智慧型写字楼管理提供了一种有益的解决方案。

关键词：智慧型写字楼；物联网；智能化；数据包交换

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）32-0035-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：

0 引言

智慧型写字楼是通过物联网技术将各种设备、传感器、控制器等连接起来，实现对写字楼内部的环境、安防、能耗等方面进行全面监控和精细化管理的系统。在系统设计过程中，如何实现和提高各功能如消防、新风、照明、门禁和温湿度调控等模块间的数据交互和控制，直接关系到系统的效率和稳定性[1]。

1 软件总体设计

主函数程序首先进行初始化处理，初始化后对中断串口进行监听，当产生中断后，优先执行中断，随后对数据进行采集，并在显示屏上显示，采集到的数据与单片机预设阈值进行判断，若没有异常，则上传数据，当出现异常时，向阿里云ECS服务器上报异常情况，阿里云ECS服务器接收到数据后，解析存储数据，并转发给手机App，手机App下发指令，串口监听，并执行相应操作[2]。主函数流程图如图1所示。

2 数据包格式规定

各个子系统、服务器和手机App采用JSON数据包进行交互，因为考虑到物联网终端设备常采用JSON或XML数据格式进行数据传输，而JSON易于阅读和编写，同时也易于机器解析和生成，所以选择使用JSON数据格式进行传输[3]。

系统采用自定义的JSON交互格式，下面以App 下发开门指令为例。

格式：

“{ Sender”： “phone”， “address”： “{ Receiver”： “door”“， event”“： open_door”“， value”：1}}

第一个属性名Sender 表示发送这条数据的节点，phone是App节点名称。第二个address是将数据的起始地址与目的地址分隔开，使其更加有层次感，address里的是目的地需要解析处理的内容。第三个属性名Receiver表示目的地节点，door是门禁系统节点名称。第四个属性名event是代表事件，比如open_door代表开门，open_linght代表开灯。第五个属性名value代表数据，如果是控制执行器，则用1 和0表示开关，如果是上传传感器数据，则发送整形或者浮点型数据。

3 各功能模块软件设计

3.1 新风系统和消防系统软件设计

新风系统和消防系统集成在一起，该系统首先进行系统初始化和连接阿里云ECS服务器操作。系统主要通过监听串口中断和定时器中断，进行业务逻辑的操作。如果串口产生中断，解析JSON数据，将解析的JSON数据放入switch函数中，执行相应的功能，执行完后，清空内存，避免内存溢出，再次等待；如果定时器2产生中断，则执行传感器数据采集的操作，并通过本地判断，执行相应的操作，最后将数据打包上传阿里云ECS数据库；如果火焰传感器串口检测到异常，关闭定时器2，打开定时器3，打开蜂鸣器和水泵，再将数据上传服务器，当定时器3产生中断，则再次判断火焰是否熄灭，如果没有，再次执行数据上传操作，如果熄灭，则打开定时器2，关闭定时器3。

3.2 门禁系统和室内安防系统软件设计

门禁系统和室内安防系统集成在一起，该系统首先进行系统初始化和连接阿里云ECS服务器操作。系统主要通过监听串口中断，进行业务逻辑的操作。当App下发open_door事件指令时，表示开门，当发送leave表示离家，发送sleep表示回家，此时室内安防系统启动，实时监测室内环境情况。门禁系统和室内安防系统程序流程图如图2所示。

3.3 温湿度调控系统和智能窗户调控系统软件设计

温湿度调控系统和智能窗户调控系统集成在一起，该系统首先进行系统初始化和连接阿里云ECS服务器操作。系统主要通过监听串口中断和定时器中断，进行业务逻辑的操作。如果串口接收到数据，通过解析JSON数据，将解析到的结果进行判断，从而控制执行器运行。当定时器产生中断，此时单片机系统采集温湿度，由于室内温度一般控制在24～26℃之间，所以当温度低于24ºC或者高于26℃时，空调自动启动[4]。采集完温湿度后，系统再进行喷雾情况、紫外线等级、光照度采集，并通过本地判断，执行相应的操作，最后将数据打包上传阿里云ECS数据库。温湿度调控系统和智能窗户调控系统流程图如图3所示。

3.4 照明系统和智能管家系统软件设计

照明系统和智能管家系统集成在一起，该系统首先进行系统初始化和连接阿里云ECS服务器操作。系统主要通过监听串口中断，进行业务逻辑的操作。当数据App下发控制照明的指令，RGB灯亮不同的灯。串口3监听离线语音助手下发的数据。

3.5 阿里云TCP 服务器软件设计

阿里云ECS服务器使用C语言搭建，调用Socket 函数搭建TCP服务器，并且使用poll函数实现多线程方式，再调用MySQL.h库函数访问MySQL数据库[5]。

1） TCP传输控制协议是一种面向连接的、可靠的运输层协议，其中面向连接是指使用TCP通信之前，通信实体必须在彼此之间先建立一个TCP连接，传输完毕后也必须释放这个连接，这个连接相当于一条全双工的可靠信道，用于发送和接收数据。

2） Socket通信机制把复杂的TCP/IP协议隐藏起来，为应用提供了一组友好的支持通信功能的接口。Socket通信的基本过程可以简单分为建立连接、数据通信和释放连接3个部分。

3） 两个需要通信的应用各建立一个Socket，主动连接的一端一般称为客户端，被动连接的一端称为服务器端。服务器端和客户端的连接建立成功后，应用通过调用标准的Socket通信接口进行消息的发送和接收，达成应用间通信的目的。

4） 服务器端搭建流程如图4所示。

3.6 数据库设计

在MySQL数据库中，首先创建homestay库，再分别创建存储数据用的表。下面以MQ135表用于存储空气质量传感器的数据为例进行设计。

MQ135表用于存储空气质量传感器的数据，其中id字段是编号，mq135字段用于存储空气质量传感器数据，create_time字段自动添加数据存储时间。表结构和ER图如表1和图5所示。

3.7 手机客户端软件设计

使用Android Studio 开发手机App，App 通过Socket 与TCD8iqHGPa18I7rImyZP+5gM7teY7XPRaBJl4tALKT1KE=P 服务器进行连接，并通过访问服务器MySQL数据获取写字楼各项数据。App还可以下发指令，实现对系统硬件端的控制[6]。App由多个界面构成，其中MainActivity为主界面，doorActivity界面实现的是控制门锁开关的功能，environmentActivity界面将传感器数据进行显示，kongtiaoActivity界面实现的是控制空调的开关功能，lightActicity界面实现的是控制室内灯光功能，windowActicity界面实现的是控制窗户开关功能，phoneverify界面实现是用户使用短信登录到智慧民宿控制界面的功能，registeredActivity界面实现的是用户注册房间的功能。

MainActivity界面设计。MainActivity界面主要实现连接阿里云TCP服务器和界面的跳转功能，当用户点击短信验证系统跳转到phoneverify界面，当用户点击首页，系统会跳转到registeredActivity界面。

Phoneverify 界面设计。MainActivity 界面主要实现用户通过短信验证的方式跳转到doorActivity界面。系统首先使用MobTech平台提供的SMMSDK连接到短信验证平台服务器，随后用户输入手机号，系统将用户输入的手机号与数据库中所存的手机号进行匹配，如果存在，则向MobTech平台申请验证码，如果不存在，则弹出提示。当用户输入验证码后，系统将用户输入的验证码反馈给平台进行验证，如果无误，则跳转到doorActivity界面。

控制指令端界面设计。控制指令端界面由door⁃Activity 界面、kongtiaoActivity 界面、windowActicity 界面、lightActicity界面构成，各个子界面由一个或多个按钮组成，实现用户点击按键，App下发数据到服务器，服务器再将数据转发到硬件端，从而实现对硬件的控制功能。

EnvironmentActivity 界面设计。environmentActi⁃vity界面通过访问MySQL数据库，获取homestay库中各个表存储的最新数据，并将其显示到UI界面中。

4 结束语

系统采用C语言、阿里云平台、MySQL等技术，实现了智慧型写字楼自主调控系统软件的设计。经过性能测试，各功能模块均能正常使用，达到了设计要求，系统运行平稳可靠，提高了写字楼的管理水平。

参考文献：

[1] 中研普华产业研究院.2022—2027年中国智慧办公行业发展深度调研与未来趋势预测报告[R].北京：中研普华产业研究院，2021.

[2] 冯朔，郑学智.基于边云协同的智慧酒店系统[J].电子设计工程，2021，29（19）：19-24，30.

[3] 章云，许锦标.建筑智能化系统[M].2版.北京：清华大学出版社，2017.

[4] 刘凯，钟永彦，陈娟，等.基于HNBJSON的物联网数据压缩方法[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2021，41（6）：29-34.

[5] 赵胜凯.不同温度下人体热舒适的性别差异研究[D].西安： 西安建筑科技大学，2020.

[6] 张永涛，缪健琛，胡贵生.一种基于Socket通信的嵌入式设备测试方案[J].电脑编程技巧与维护，2024（3）：37-39.

【通联编辑：梁书】