基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的云平臺(tái)無(wú)線數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

夏傳克　王鴻磊　殷智浩

摘要：現(xiàn)有無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)往往存在信號(hào)弱、傳輸距離短、反控難等諸多問(wèn)題，為了解決這些問(wèn)題我們?cè)O(shè)計(jì)了一套基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的云平臺(tái)無(wú)線數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：1）GPS定位采集設(shè)備及可擴(kuò)展模塊;2）移動(dòng)終端數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)。GPS定位擴(kuò)展模塊可以實(shí)時(shí)定位設(shè)備位置。移動(dòng)終端的檢測(cè)及控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)并顯示車輛位置、描繪行駛路徑并且下發(fā)命令控制繼電器工作等。該系統(tǒng)成本較低，運(yùn)行效果良好，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：NB-IoT;精確定位;無(wú)線監(jiān)控;云平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）25-0290-03

Abstract： Existing wireless data monitoring systems often have many problems， such as weak signal， short transmission distance， and difficulty in reverse control. In order to solve these problems， we designed a set of cloud platform wireless data acquisition and control system based on narrow-band Internet of things.The system is divided into two parts： 1） GPS positioning acquisition equipment and expandable module， and 2） mobile terminal data monitoring and control system.The GPS positioning extension module can locate the position of the device in real time.The detection and control system of the mobile terminal is responsible for processing and displaying the position of the vehicle， mapping the travel path and issuing the command and control relay work.The system has low cost， good operation effect and good practical application value.

Key words： nb-iot;Precise positioning; wireless monitoring; Cloud platform

本設(shè)計(jì)研究的是基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的云平臺(tái)無(wú)線數(shù)據(jù)采集運(yùn)輸車輛內(nèi)部、外部環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)問(wèn)題，采集環(huán)境物理參數(shù)[2，4]，實(shí)時(shí)反饋車輛的地理位置[5]，進(jìn)而做到環(huán)境數(shù)據(jù)過(guò)程的透明化。

1系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的云平臺(tái)無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種將硬件與軟件、傳感器和客戶端相結(jié)合的綜合性系統(tǒng)。系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分，環(huán)境監(jiān)測(cè)采集數(shù)據(jù)，和移動(dòng)終端數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過(guò)傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，輸送到云平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位、顯示路線、報(bào)警、控制繼電器進(jìn)行供暖、補(bǔ)光、降溫功能。

2 基于NB-IoT的擴(kuò)展板模塊設(shè)計(jì)

無(wú)線數(shù)據(jù)采集控制通過(guò)傳感器采集到的數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，通過(guò)制作的Profile和編解碼插件進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳、處理、分析、存儲(chǔ)記錄。

2.1 基于NB-IoT的GPS定位設(shè)計(jì)

GPS可以為地球表面絕大部分地區(qū)（98%）提供準(zhǔn)確的定位、測(cè)速和高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)[1]。但由于定位精度不夠精確，用戶終端接收GPS傳過(guò)來(lái)的定位信息并對(duì)信息進(jìn)行算法優(yōu)化，本設(shè)計(jì)主要通過(guò)以下的公式來(lái)進(jìn)行精度的優(yōu)化：

2.2 基于NB-IoT的數(shù)據(jù)傳輸功能設(shè)計(jì)

窄帶物聯(lián)網(wǎng)的云平臺(tái)無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，輸送到云平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，后通過(guò)程序設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，并通過(guò)手機(jī)APP下發(fā)命令實(shí)現(xiàn)繼電器控制設(shè)備功能，數(shù)據(jù)上傳與接收流程圖如圖2所示：

3 OceanConnect開發(fā)者平臺(tái)搭建

IOT管理平臺(tái)的功能主要是提供對(duì)各種傳感器、SIM卡的數(shù)據(jù)采集、管理功能，同時(shí)可以把數(shù)據(jù)開放給第三方應(yīng)用系統(tǒng)[3]。設(shè)備使用的是NB的BC35的模組，使用的CoAP通過(guò)NB模組將數(shù)據(jù)上傳到華為的OceanConnect云平臺(tái)。云平臺(tái)搭建流程如下：Profile制作——新增產(chǎn)品——新增屬性——新增命令——制作編解碼插件——新增數(shù)據(jù)上報(bào)、命令下發(fā)消息——建立映射關(guān)系。

OceanConnect開發(fā)者平臺(tái)通過(guò)制作的插件接受下位機(jī)上傳的傳感器及擴(kuò)展模塊采集到數(shù)據(jù)信息，并且通過(guò)制作的插件來(lái)解析從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，并且還可以查看通過(guò)手機(jī)APP對(duì)下位機(jī)下發(fā)命令的數(shù)據(jù)，從而控制繼電器進(jìn)行工作。

4上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示與控制程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

手機(jī)APP通過(guò)申請(qǐng)的華為云平臺(tái)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室Ocean Connect的平臺(tái)通過(guò)填入設(shè)備對(duì)接地址、應(yīng)用對(duì)接端口、APPID、密鑰來(lái)進(jìn)行登錄從而從云平臺(tái)獲取下位機(jī)傳感器采集到的數(shù)據(jù)。

手機(jī)APP點(diǎn)擊下發(fā)命令按鈕通過(guò)調(diào)用云平臺(tái)接口發(fā)送給云平臺(tái)，通過(guò)云平臺(tái)向設(shè)備下發(fā)命令到下位機(jī)，從而開始控制繼電器進(jìn)行工作，從而達(dá)到補(bǔ)光、降溫、供暖等功能的實(shí)現(xiàn)。

5系統(tǒng)總體功能測(cè)試

5.1 云平臺(tái)功能測(cè)試

OceanConnect開發(fā)者平臺(tái)通過(guò)CoAP協(xié)議來(lái)接受下位機(jī)上傳的傳感器及擴(kuò)展模塊采集到數(shù)據(jù)信息，并且通過(guò)制作的插件來(lái)解析從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，并且還可以查看通過(guò)手機(jī)APP對(duì)下位機(jī)下發(fā)命令的數(shù)據(jù)。

OceanConnect開發(fā)者平臺(tái)接收到下位機(jī)上傳的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、煙霧濃度以及經(jīng)緯度信息顯示，如圖3所示：

5.2 手機(jī)APP功能測(cè)試

手機(jī)APP登錄后，點(diǎn)擊命令下發(fā)可以下發(fā)命令，雙擊界面可以查看歷史數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊GPS設(shè)備的查詢當(dāng)前位置就能夠定位自己的位置。手機(jī)APP獲取傳感器的數(shù)據(jù)顯示、命令的下發(fā)以及GPS定位等信息如圖4所示：

6總結(jié)

本設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于信息融合技術(shù)的城市環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警等多個(gè)方面，有效的解決環(huán)境數(shù)據(jù)采集和控制等方面的常見的問(wèn)題，對(duì)于NB-IoT的運(yùn)用有一定的指導(dǎo)作用。系統(tǒng)整體分為兩個(gè)部分：1）GPS定位采集擴(kuò)展模塊和WIFI擴(kuò)展模塊;2）移動(dòng)終端數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和控制以及車輛位置的經(jīng)緯度和命令下發(fā)信息的存儲(chǔ)查詢，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)采集和控制的自動(dòng)化管理。相較于其他系統(tǒng)本系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì)：

1）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面使用華為的云平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全性較高，同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給用戶。

2）實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)并可以查看歷史數(shù)據(jù)同時(shí)以百度地圖顯示定位信息，系統(tǒng)更加直觀便捷。

3）自定義警戒值和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可以讓用戶使用更加方便。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳筱，劉麗，劉摯.基于實(shí)時(shí)定位報(bào)警系統(tǒng)的校園一卡通問(wèn)題[J].信息與電腦（理論版），2018（5）：117-118.

[2] 全權(quán)，王帥.詳解機(jī)器人基礎(chǔ)入門知識(shí)[J].機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，2018（3）：69-81.

[3] 皮和平.關(guān)于中國(guó)電信物聯(lián)網(wǎng)的部署策略的探討[J].移動(dòng)通信，2017，41（6）：24-27+34.

[4] 錢涵佳，王宜懷，彭濤，等.輕量級(jí)窄帶物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中高效可驗(yàn)證加密方案[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2019，56（5）：1112-1122.

[5] 聶健波，呂潔印，周受欽，等.基于低軌衛(wèi)星和窄帶物聯(lián)網(wǎng)的智能冷鏈運(yùn)輸終端系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2019，28（4）：119-124.

【通聯(lián)編輯：唐一東】