基于MQTT的布草洗涤管理系统

126基于MQTT的布草洗涤管理系统
基于MQTT的布草洗涤管理系统
Li aen Wash i ag Ma;agemeat System Based on MQTT
祖军（中国电子科技集团第三十八研究所安徽博微智能电气有限公司，安徽合肥230088）
摘要:针对洗涤行业对酒店、医院使用的布草的洗涤任务交接、管理混乱、交叉感染等问题，设计基于MQTT的布草管理系统，该系统采用采用北斗模块获取经纬度信息，定位具体设备存在位置，通过RFID射频技术，对布草的回收运送、交接、出入库分拣打包、库存盘点、预警提示等各个作业环节的数据进行自动化实时采集，系统主要功能借助于云平台服务器、Web服务器和微信平台应用程序，嵌入式设备采用STM32作为主控芯片，采用4G通信传输方式，按照MQTT协议对数据进行打包,将采集数据实时上传至后台服务器系统。

后台对上传数据进行处理，自动统计生成业务订单、资产、库存等数据报表信息，实现布草洗涤管理全程可视化，该设计不仅为企业的科学管理提供实时的数据支持，也对基于MQTT的布草管理应用和研究提供进一步推广。

关键词：MQTT；布草洗涤；4G通信;报表信息;科学管理
Abstract:A i m i n g at the problems of wash i n g task handover,management confus i o n and cross infect i o n of linen used in hotels and hosp itals in the wash ing industry,th i s paper des i g ns s linen management system based on MQTT.The system uses Be idou module to obta i n long i t ude and lat itude informati o n,locate the locat i o n of spec i f i c equ ipment,and through RFID rad io frequency technology,i t can collect and transport,hand over,sort,pack and inventory the linen The ma i n funct i o ns of the system are cloud platform server,web server and wechat platform appl icat i o n program.The embedded dev i c e uses STM32 as the ma i n control ch ip,uses4G commun i c at i o n transm i s s i o n mode,and packages the data accord i n g to MQTT protocol, and uploads the collected data to the background server system in real time.The backstage processes the uploaded data, automat i c ally generates bus i n ess orders,assets,i n ventory and other data report informat i o n.
Keywords:MQTT,cloth wash i n g,4G Commun i c at ion,report Informat i o n,sc i e nt i f i c management
近些年，酒店、医院、浴场及专业的洗涤公司正面临每年都
要处理成千上万件的工作服、布草的交接、管理、储藏等工序,如
何有效地跟踪管理［1］。

每一件布草的洗涤次数、库存状态和布草
有效归类等是一个极大的挑战，纸面的洗涤任务交接，手续复
杂，查询难度大，因为担心交叉感染，导致某些待洗布草数量统
计工作无法开展，洗涤好的数量与收发数据不匹配容易产生业
务纠纷。

随着医疗信息化改革的步伐也在加快推进,基于这些方
面考虑,医疗行业需要通过科技手段来加强布草洗涤水平［2］。

引入RFID无线射频识别技术，使得用户的布草管理变得
更为透明，且提高了工作效率，解决了以往无法通过其他技术可
以实现的管理漏洞，该方案是通过在每一件布草上缝制一颗
RFID电子标签，电子标签中拥有全球唯一标识码，即每件布草将拥有唯一的管理标识，直至布草被报废（标签可重复使用，但不超过标签本身使用寿命）。

在整个布草岀库使用、回收入库管理中，将通过RFID阅读器［3］自动记录布草的使用状态、洗涤次数,使得布草管理变得简单、透明,减少业务纠纷。

同时,通过跟踪洗涤次数，能为用户预估当前布草的使用寿命,为采购计划提供预测数据。

针对以上问题，本文提岀一种基于MQTT的布草管理系统叫该系统采用北斗定位模块、RFID读写模块实时获取设备位置、布草使用数据等信息，将数据信息按照MQTT协议形式进行打包，通过4G模块将数据发送到云端服务器,用户可以通过Wab 浏览器和微信程序实时查询到设备现场布草使用情况，达到科学合理调度,提供工作效率。

1系统整体架构
系统整体架构主要由应用层、服务层、网络层、感知层等构成,如图1所示。

应用层包括Wab浏览器和微信程序两种应用方式,用户可
图1系统的整体架构
以通过浏览器和微信程序查询数据报表、历史数据信息,并且通过应用软件修改相关参数或下发命令等操作。

服务层包括云服务器、MySQL数据库2部分组成。

将负责处理接入网的4G模块相关数据，并根据MQTT协议分不同的类型数据,存储到规划好的数据库,并且向应用层用户提供资产、库存查询以及历史数据等查询接口遥
网络层主要负责感知层设备数据传输以及接口输入等信息处理,并通过X1-Li ta接口将所有基站与核心网连接起来,组成4G核心网［6］。

感知层主要由以微处理器作为主控设备终端,通过不同接口，获取IC模块、RFID读写模块、4G模块、北斗模块以及IO控制板模块等数据，并将数据打包通过4G通信的方式连接网络层4G基站。

2系统的实现
2.1终端设备硬件实现
终端设备硬件主要由4G模块、微处理器、RFID读写器、
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《工业控制计算机》2021年第34卷第4期127模块、电源模块、IC卡模块、IO模块、打印机、后备电池组成如图2遥
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图2终端设备硬件示意图
2援2终端设备软件功能实现
终端设备主程序由传输数据、采集数据、设备状态、权限认证等功能，系统启动初始化所有硬件设备并对其进行自检，通过时间片轮转，执行各大任务,设备通过不断采集定位信息、设备现场状态、RFID读写器读取数量变化等等信息进行数据打包［5］，定时上传数据到云服务器，同时终端设备不断接收云服务器下行数据，并对相关数据进行解析。

如图3所示。

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图3终端设备软件流程图
2.3MQTT协议实现
2.3.1MQTT协议实现方式
实现MQTT协议需要服务器和客户端之间通信完成,在通信的过程中袁MQTT协议分为发布者(Publish)、代理(Broker) (服务器冤、订阅者(Subscribe),其中袁MQTT客户端和MQTT代理通过MQTT协议连接完成,如图4所示结构体。

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图4MQTT结构体
2.3.2MQTT协议格式
MQTT协议数据包结构主要由固定头、可变头、消息体三部分组成，固定报文头固定为2bytps，在发送每个消息中必须包含此部分，其固定格式如表1所示。

其中MQTT数据类型共有14种，根据不同种类在具体标识种将其分为3种不同等级服务质量⑺,等级越高,需要系统开销越多,通信率受到影响也随着越大。

剩余长度表示除了固定头以外的长度部分,包括可变头部分和消息体
表1MQTT消息固定头
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2.3.3MQTT协议通信流程
MQTT协议是应用层通信协议的一种袁类似与TCP/IP提供网络通信的MQTT通信协议和HTTP协议。

但MQTT协议使用发布和订阅消息模式，所谓发布者和订阅者之间不能直接进行互联通信［8］，必须通过MQTT协议与中间的消息代理进行信息交互，再由代理发布相关信息,具体流程如图5。

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图5MQTT协议流程图
当QoS0=0时，发布者发布的一条消息，服务器将接收到发布者的信息后，将消息推送给所有订阅者，最多能收到一次，而且该消息发布不需要返回确认消息。

当QoS0=1时，发布者发送的一条消息，服务器将接收到发布者的信息后，订阅者至少能收到一次，发送者向订阅者发送消息,如果发送失败，会继续重试，直到订阅者收到消息为止,但是因为重传的原因,订阅者有可能会收到重复的消息。

当QoS0=2时，发布者发送的一条消息，服务器将接收到发布者的信息后，订阅者确保能收到而且只收到一次,发布者尽力向订阅者发送消息,如果发送失败，会继续重试,直到订阅者收到消息为止，同时保证订阅者不会因为消息重传而收到重复的消息。

MQTT详细发布订阅流程：
(1)发布流程
第一步,发布者和服务器建立TCP连接,并向服务器发送CONNECT连接消息；
第二步，发布者在收到服务器确认允许信息CONNACK消息后,发布者发送一个心跳请求给服务器,服务器并对此做岀心跳回应，随后发布者可以发送不同等级PUBLISH消息；
最后,服务器会对发岀发布者消息返回确认信号，此时表明发布成功。

(2)订阅流程
第一步，订阅者和服务器建立TCP连接，并向服务器发送CONNECT连接消息；
第二步，订阅者在收到服务器确认允许信息CONNACK消息后，发送SUBSCRIBE消息，指定相关订阅主题部分，随着发送订阅请求；
最后，服务器会对发岀SUBSCRIBE消息返回确认信息SUBACK,此时表明订阅成功。

3系统服务器的实现
云服务器主要采用B/S架构进行设计,Web服务器分应用
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程序和MySQL 数据库两部分回,应用程序主要负责处理PC/移
动终端发送各种请求，并对其进行响应。

MySQL 数据库主要完 成用户数据存储和记录,应用程序接收4G 终端设备上传数据， 同时将数据进行分类建表，进行相关存储,Web 服务器程序通
过访问MySQL 数据库可以向用户显示查询数据报表、历史数 据信息，并且通过发布、订阅方式来更新数据库信息以及发布信
息给4G 终端设备，如图6服务器结构体示意图。

图6服务器结构体示意图
4布草管理流程
布草洗涤管理系统主要由布草污物管理和布草净物管理组 成,分别为使用者进行污物投放、净物领用、工厂管理者进行污 物回收，净物投放,具体流程如图7所示。

4.1布草污物管理
用户管理(污物投放)：布草使用后直接投入到回收柜即可 离开，回收柜自动清点并更新柜子状态及数量,全程智能管理。

洗涤工厂管理(污物回收)：员工刷卡开门后，领岀污物布
草,更换空布草袋，关门离开即可,系统自动生成并打印该柜子 收货的污物布草数量及明细。

回收柜库存量接近饱满库存，系统
自动报警通知工厂及时取走。

4.2 布草净物管理
用户管理(净物领用)：员工刷卡后净布草柜门自动打开，领取
布草后关门,屏幕界面马上显示领取的布草明细，自动扣减库存。

洗涤工厂管理(净物投放)：员工刷卡后根据软件流程，放入 干净布草,柜子自动清点并更新库存。

系统自动监控柜子库存， 低于安全性会自动报警工厂及时补货。

图7布草管理系统流程图
月户的布草直渥曲程
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用户通过浏览器登录系统前，先进行注册才能使用界面，可 以通过手机号、授权码等进行注册，注册完成后，可以登录进入
布草云平台智能管理系统界面，如图8进入布草云平台系统主
界面。

可对系统中基本信息、资产管理、记录管理、报表管理以及 系统管理进行查询和设置, 同时在微信程序也对相关数据进行
推送回收和运输等信息，如图9所示。

6结束语
本文设计并实现基于MQTT 的布草管理系统，用IJ 用MQTT
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图8布草云平台主界面
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图9布草收货运输和回收明细示意图
传输协议对采集输入标签信息、经纬度、人员验证信息以及设备 存储数量、颜色、种类等等上传到云服务器，将采集数据实时上 传至后台服务器系统。

后台对上传数据进行处理，自动统计生成
业务订单、资产、库存等数据报表信息，实现布草洗涤管理全程 可视化，为企业的科学管理提供实时的数据支持。

参考文献
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[收稿日期：2021.1.14
]。