CN110889923A - 一种基于IPv6的校园智能浴室排队系统 - Google Patents

一种基于IPv6的校园智能浴室排队系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于IPv6的校园智能浴室排队系统，建立在IPv6的网络环境下，通过人体红外线传感器实时采集进出浴室的人数信息，完成数据采集工作；通过直接接入的方式将传感器网络与IPv6网络互联，将传感器采集到的数据信息经由IPv6网络上传至服务器；利用Python程序将传输至服务器的数据进行处理，并存储到MySQL数据库以供微信公众号访问；在服务器端通过Python语言编写程序将MySQL数据库中的数据转换成微信公众平台支持的格式，并通过指定端口将数据提供给微信公众号；微信公众号通过指定的端口从服务器获取数据信息，当用户通过微信公众号输入查询信息，即可获取到服务器的反馈信息。

Description

一种基于IPv6的校园智能浴室排队系统
技术领域
本发明涉及对IPv6网络的研究应用，具体为一种基于IPv6的校园智能浴室排队系统。
背景技术
IPv4，又称互联网通信协议第4版，是互联网的核心。近年来，基于TCP/IP通信协议架构的IPv4寻址技术广泛应用于高校智慧校园网络中，IPv4虽然很符合目前高校校园物联网系统的寻址方案，但是由于全国高校众多，当布局在校园里的传感器节点数量变得庞大之后，IPv4的地址容量便不足以实用。IPv4使用32位地址，其网络地址资源有限，这在一定程度上制约了高校智慧校园发展。
在这样的环境下，IPv6应运而生。IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约8×10^28倍，达到2^128个，这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。而且IPv6地址具有128位，具备更大的地址空间、更好的可扩展性、更高效的网络传输、更好的安全管理架构和更好的移动性支持，更适合智慧校园的发展，可以把IPv6协议应用在智慧校园上。
另外，在高校内，学生人数众多，洗澡用水、生活用水方面存在着一些问题，如浴室水房人数爆满，长时间排队等问题，有些高校缺乏简单易操作的一些途径方便在校学生获取相关信息。
发明内容
本发明的目的在于设计并实现了一种基于IPv6的校园智能浴室排队系统，该系统结合了IPv6技术、物联网传感器技术，在解决上述背景技术中提出的问题的同时，推动IPv6技术、智慧校园以及物联网的发展。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种基于IPv6的校园智能浴室排队系统，包括数据采集硬件设备终端，数据上传和数据处理程序，数据提供以及搭载微信公众号服务程序的web服务器、数据服务器，微信公众号；
所述数据采集硬件设备终端至少包括两对人体红外线传感器、树莓派、黑色导线两根、红色导线两根、校内IPv6网络路由器、网线一根；所述硬件设备连接如下：传感器通过不同颜色的导线连接至树莓派不同的数据传输接口，网线连接树莓派和路由器；所述人体红外线传感器对进出浴室的人数进行感应并采集数据，通过导线连接树莓派后将数据上传，网线和路由器确保系统运行于IPv6网络环境中；
所述数据处理程序，选用Python语言进行编写，涉及对采集数据的模数转换、计数、写入数据库进行处理；
所述搭载微信公众号服务程序的web服务器、数据服务器，完全支持IPv6网络和IPv4网络，能够提供网络服务，数据库选用MySQL数据库；所述服务器与设备终端的连接及通信如下：硬件设备通过导线连接至接有网线的树莓派，树莓派是基于Linux操作系统的微型电脑，且具备IPv4地址和IPv6地址，在树莓派中通过Python程序获取到数据服务器的IP地址，并将数据上传；数据服务器存储数据；在web服务器中，使用Python程序通过数据库服务器的IP地址和端口获取数据并进行处理，并提供给微信公众号；
所述微信公众号至少包括公众号查询对话框，当用户输入指定位置，如“浴室”即可获得浴室当前的使用人数情况。
进一步的，所述人体红外线传感器通过紧固件固定于安装在门框左右两边墙体上的底座内，左边底座的内、外两侧并排设置有两个接有黑色导线的传感器，右边底座内、外侧并排设置有两个接有红色导线的传感器，左右两边内侧、外侧设置的传感器分别水平对齐，用于检测是否有人员进或出。
所述树莓派上具有40个接口，其中2个电源接口分别为5V和3.3V，8个为接地接口，其余均为GPIO接口即输入输出接口，通过所述GPIO接口实现数据的输入和输出。
将水平对齐的左右两个传感器的导线的另一端连接至接线板指定位置，从该指定位置引出两条导线，分别为数据线和地线，将地线接至树莓派的接地口(GPIO 0)，将内外两侧的传感器对应的数据线分别接至树莓派的GPIO 11口和GPIO 12口，用于传输数据。
进一步的，所述硬件设备的数据采集的具体步骤为：
a-a、传感器采集到的数据通过GPIO接口传至树莓派，在树莓派中，通过Python语言编写程序，使用GPIO模块，并将GPIO接口模式定义为GPIO.BOARD模式，使树莓派的物理数字接口与逻辑数字接口一一对应，如 python程序可从对应物理GPIO 11口的逻辑GPIO11接口读取内侧传感器电平变化，可从对应物理GPIO 12口的逻辑GPIO 12接口读取外侧传感器电平变化，进而对数据进行处理；
a-b、使用Python程序设定统计人数进出规则：若先触发门外侧的一对传感器，视为进，计数器加1，总人数加1；若后触发门外侧的一对传感器，视为出，计数器减1，总人数减1。根据设定规则，Python程序通过读取GPIO 11口与GPIO 12口电平发生变化的先后顺序进行进出人数统计。
进一步的，所述数据采集后的数据存储至数据服务器的具体步骤为：
b-a、在数据服务器中使用MySQL数据库，创建相应的存储数据的数据库bath_db和表结构bath_tbl，在表bath_tbl中设置时间、总人数等字段，用于存储传入的人数及时间信息；
b-b、使用Python语言编写程序，调用pymysql模块，用于连接数据库；
b-c、在Python程序中，设置数据服务器IP、数据库用户名、数据库用户密码、数据库名bath_db，获取与数据库的连接。
b-d、在Python程序中，编写出数据写入数据库的SQL语句，并执行提交，将数据写入数据库进行存储。
b-e、在写入数据之后，关闭数据库连接。
进一步的，所述处理过的数据供微信公众号获取的具体步骤为：
c-a、在web服务器，使用Python语言编写程序连接至数据服务器的数据库，并将所需要的数据从数据库中取出；
c-b、使用Python程序将取出的数据进行处理，使之转换成微信公众号支持显示的json格式，供微信公众号获取使用；
c-c、在微信公众平台申请一个微信公众号，并设置APPID、token、URL、IP地址白名单。其中IP地址白名单为web服务器地址，表示微信公众平台能够与之交互；APPID、token、URL用于web服务器端的web服务程序的编写，提供数据相互传输的接口；
c-d、在微信公众号平台设置完成后，在web服务器使用Python语言编写服务程序，该服务程序支持与微信公众号的数据相互传输。当微信公众号端通过80端口传输数据过来时，将已经处理好的数据通过80端口返回给微信公众号；
c-e、微信公众号将数据信息反馈给用户。
进一步的，所述数据应用的具体步骤为：
d-a、数据被web服务器的web服务程序处理后通过80端口提供给微信公众号；
d-b、用户通过微信账号关注该公众号，一旦关注，web服务程序即会反馈关注欢迎信息以及使用指南；
d-c、用户通过使用指南，在对话框输入不同的指令，即可获得不同的信息。如，输入指令“1”，即可获得当前浴室正在使用人数；输入指令“2”，即可获得当前浴室空闲淋浴数量。
与现有微信公众号相比，本发明的有益效果是：本发明结合IPv6以及物联网传感器技术，整个系统在IPv6网络环境中部署实现，同时针对高校内浴室或水房长时间排队的问题，为在校学生提供了一个简单易操作且方便实时查询的微信公众号，给予学生生活上的方便的同时也促进了智慧校园的发展、IPv6的发展以及物联网应用的发展。
附图说明
图1为本发明的要点；
图2为本发明的整体框架图；
图3为本发明的硬件连接示意图；
图4为本发明的数据采集中的计数流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的系统进行清楚、完整地描述。
请参阅图1、图2，本发明实际并实现了一个系统：基于IPv6的校园智能浴室排队系统,包括以下步骤：
A.完成人体红外线传感器等硬件设备的部署与安装；
B.通过人体红外线传感器实时采集进出浴室的人数信息，完成数据采集工作；
C.通过直接接入的方式将传感器网络与IPv6网络互联，将传感器采集到的数据信息经由IPv6网络上传至服务器，并存储到MySQL数据库以供微信公众号访问；
D.在服务器端通过Python语言编写程序将MySQL数据库中的数据转换成微信公众平台支持的格式，并通过指定端口将数据提供给微信公众号；
E.微信公众号通过指定的端口从服务器获取数据信息，当用户通过微信公众号输入查询信息，即可获取到服务器的反馈信息。
如图2所示，本发明实现的系统，结合了IPv6、物联网中的传感器和微信公众号，在给予在校学生生活上便利的同时，促进了IPv6、物联网等技术在智慧校园中的应用与发展。
如图3所示，所述步骤A中的硬件连接：
a-a、门框左右两边墙上安装牢固不易松动的底座，将两对人体红外线传感器分别使用螺丝并排固定在底座上，门左边底座内侧外侧并排两个接有黑色导线的传感器，门右边底座内侧外侧并排两个接有红线的传感器，注意左右两边内侧、外侧传感器应分别水平对齐，用于检测是否有人员进或出；
a-b、将水平对齐的左右两个传感器的导线(一红一黑)的另一端连接至接线板指定位置，从该指定位置引出两条导线，分别为数据线和地线，将地线接至树莓派的接地口(GPIO0)，将内外两侧的传感器对应的数据线分别接至树莓派的GPIO 11口和GPIO 12口，用于传输数据；
a-c、其中，树莓派上有不同的GPIO接口，共40个接口，其中，2个电源接口，分别为5V和3.3V，8个接地接口，其余均为GPIO接口(输入输出接口)，通过这些GPIO接口，能够实现数据的输入和输出。
如图4所示，所述步骤B中的硬件设备的数据采集：
b-a、传感器采集到的数据通过GPIO接口传至树莓派，在树莓派中，通过Python语言编写程序，使用GPIO模块，并将GPIO接口模式定义为GPIO.BOARD模式，使树莓派的物理数字接口与逻辑数字接口一一对应，如 python程序可从对应物理GPIO 11口的逻辑GPIO 11接口读取内侧传感器电平变化，可从对应物理GPIO 12口的逻辑GPIO 12接口读取外侧传感器电平变化，进而对数据进行处理；
b-b、使用Python程序设定统计人数进出规则：
b-b-a、程序开始执行；
b-b-b、如果若先触发门外侧的一对传感器，则接着判断内侧传感器是否接着被触发，若有，则表示是由外入内，视为进，计数器加1，总人数加1，将外侧传感器标志位(GPIO 12)置位；
b-b-b、如果若先触发门内侧的一对传感器，则接着判断外侧传感器是否接着被触发，若有，则表示是由内入外，视为出，计数器减1，总人数减1，将内侧传感器标志位(GPIO 11)置位；
b-b-c、相应的标志位置位后，Python程序继续扫描、检测，并按照设定规则进行进出人数统计。
本发明提出的系统具有一定的意义，能够在一定程度上促进IPv6的发展，同时能够为在校学生提供生活上的便利；本发明在IPv6网络环境中，通过人体红外线传感器进行相关数据的采集、通过MySQL数据进行相关数据的存储、通过Python语言进行相关数据的处理，最终将用户（在校学生）需要的相关信息，通过微信公众号进行提供。本发明在给予学生便利的同时，在一定程度上促进了IPv6的发展，并具备一定的实用价值，不仅仅局限于校园，可推广至社区、医院、超市等区域。
尽管已经具体描述了本发明提出的系统，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和思想的情况下可以对本系统进行多种比较、研究、改进、扩展、推广，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于IPv6的校园智能浴室排队系统，其特征在于：包括数据采集硬件设备终端，数据上传和数据处理程序，数据提供以及搭载微信公众号服务程序的web服务器、数据服务器，微信公众号；
所述数据采集硬件设备终端至少包括两对人体红外线传感器、树莓派、黑色导线两根、红色导线两根、校内IPv6网络路由器、网线一根；所述硬件设备连接如下：传感器通过不同颜色的导线连接至树莓派不同的数据传输接口，网线连接树莓派和路由器；所述人体红外线传感器对进出浴室的人数进行感应并采集数据，通过导线连接树莓派后将数据上传，网线和路由器确保系统运行于IPv6网络环境中；
所述数据处理程序，选用Python语言进行编写，涉及对采集数据的模数转换、计数、写入数据库进行处理；
所述搭载微信公众号服务程序的web服务器、数据服务器，完全支持IPv6网络和IPv4网络，能够提供网络服务，数据库选用MySQL数据库；所述服务器与设备终端的连接及通信如下：硬件设备通过导线连接至接有网线的树莓派，树莓派是基于Linux操作系统的微型电脑，且具备IPv4地址和IPv6地址，在树莓派中通过Python程序获取到数据服务器的IP地址，并将数据上传；数据服务器存储数据；在web服务器中，使用Python程序通过数据库服务器的IP地址和端口获取数据并进行处理，并提供给微信公众号；
所述微信公众号至少包括公众号查询对话框，当用户输入指定位置，如“浴室”即可获得浴室当前的使用人数情况。
2.根据权利要求1所述的基于IPv6的校园智能浴室排队系统，其特征在于：所述人体红外线传感器通过紧固件固定于安装在门框左右两边墙体上的底座内，左边底座的内、外两侧并排设置有两个接有黑色导线的传感器，右边底座内、外侧并排设置有两个接有红色导线的传感器，左右两边内侧、外侧设置的传感器分别水平对齐，用于检测是否有人员进或出。
3.根据权利要求1所述的基于IPv6的校园智能浴室排队系统，其特征在于：所述树莓派上具有40个接口，其中2个电源接口分别为5V和3.3V，8个为接地接口，其余均为GPIO接口即输入输出接口，通过所述GPIO接口实现数据的输入和输出。
4.根据权利要求2或3所述的基于IPv6的校园智能浴室排队系统，其特征在于：将水平对齐的左右两个传感器的导线的另一端连接至接线板指定位置，从该指定位置引出两条导线，分别为数据线和地线，将地线接至树莓派的接地口，即GPIO 0口，将内外两侧的传感器对应的数据线分别接至树莓派的GPIO 11口和GPIO 12口，用于传输数据。
5.根据权利要求1所述的基于IPv6的校园智能浴室排队系统，其特征在于：所述硬件设备的数据采集的具体步骤为：
a-a、传感器采集到的数据通过GPIO接口传至树莓派，在树莓派中，通过Python语言编写程序，使用GPIO模块，并将GPIO接口模式定义为GPIO.BOARD模式，使树莓派的物理数字接口与逻辑数字接口一一对应，如 python程序可从对应物理GPIO 11口的逻辑GPIO11接口读取内侧传感器电平变化，可从对应物理GPIO 12口的逻辑GPIO 12接口读取外侧传感器电平变化，进而对数据进行处理；
a-b、使用Python程序设定统计人数进出规则：若先触发门外侧的一对传感器，视为进，计数器加1，总人数加1；若后触发门外侧的一对传感器，视为出，计数器减1，总人数减1；
根据设定规则，Python程序通过读取GPIO 11口与GPIO 12口电平发生变化的先后顺序进行进出人数统计。
6.根据权利要求1所述的基于IPv6的校园智能浴室排队系统，其特征在于：所述数据采集后的数据存储至数据服务器的具体步骤为：
b-a、在数据服务器中使用MySQL数据库，创建相应的存储数据的数据库bath_db和表结构bath_tbl，在表bath_tbl中设置时间、总人数等字段，用于存储传入的人数及时间信息；
b-b、使用Python语言编写程序，调用pymysql模块，用于连接数据库；
b-c、在Python程序中，设置数据服务器IP、数据库用户名、数据库用户密码、数据库名bath_db，获取与数据库的连接；
b-d、在Python程序中，编写出数据写入数据库的SQL语句，并执行提交，将数据写入数据库进行存储；
b-e、在写入数据之后，关闭数据库连接。
7.根据权利要求1所述的基于IPv6的校园智能浴室排队系统，其特征在于，所述处理过的数据供微信公众号获取的具体步骤为：
c-a、在web服务器，使用Python语言编写程序连接至数据服务器的数据库，并将所需要的数据从数据库中取出；
c-b、使用Python程序将取出的数据进行处理，使之转换成微信公众号支持显示的json格式，供微信公众号获取使用；
c-c、在微信公众平台申请一个微信公众号，并设置APPID、token、URL、IP地址白名单；
其中IP地址白名单为web服务器地址，表示微信公众平台能够与之交互；APPID、token、URL用于web服务器端的web服务程序的编写，提供数据相互传输的接口；
c-d、在微信公众号平台设置完成后，在web服务器使用Python语言编写服务程序，该服务程序支持与微信公众号的数据相互传输；
当微信公众号端通过80端口传输数据过来时，将已经处理好的数据通过80端口返回给微信公众号；
c-e、微信公众号将数据信息反馈给用户。
8.根据权利要求1所述的基于IPv6的校园智能浴室排队系统，其特征在于，所述数据应用的具体步骤为：
d-a、数据被web服务器的web服务程序处理后通过80端口提供给微信公众号；
d-b、用户通过微信账号关注该公众号，一旦关注，web服务程序即会反馈关注欢迎信息以及使用指南；
d-c、用户通过使用指南，在对话框输入不同的指令，即可获得不同的信息；
如，输入指令“1”，即可获得当前浴室正在使用人数；输入指令“2”，即可获得当前浴室空闲淋浴数量。
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