淺談一種基于單片機OneNet設備云的遠程監測系統在汽車行業的應用

賈志強 晏濤 吳俊林 劉小雪

摘 要 針對移動終端與智能硬件遠程組網中，對智能硬件的結構要求復雜程度高，服務器程序設計復雜及專用服務器使用費高等問題，設計3種以STM32單片機為控制核心，結合傳感器技術，集多種控制功能于一體，包括汽車試驗時轉速、扭矩信息設計適用的移動終端界面，對汽車測試數據進行遠程監視。上位機選用中國移動物聯網開放平臺—OneNet設備云服務器，構建出智能硬件接入OneNet，實現遠程監控的組網方案。本方案是把智能硬件終端采集的傳感器數據上傳到OneNet云平臺，OneNet平臺實現數據轉發和存儲，從而實現由移動控制端—云平臺—智能硬件設備組成的遠程監視物聯網架構，并且能夠實現在移動終端遠程監控的同時，還可在云平臺實時監測智能硬件終端數據和狀態。

關鍵詞 智能硬件；遠程監視；OneNet云平臺；物聯網；單片機

前言

智能硬件是在傳統硬件設備的基礎上進行改造之后，通過軟件和硬件相結合的形式，讓它具備智能化的功能。完成智能化之后，硬件系統已經具備了連接網絡的能力，實現了互聯網服務的加載，具備了大數據等附加價值，形成了“云+端”的典型架構。在物聯網領域，物體與物體之間的信息交互，物體與客戶端的數據傳輸，需要一個通信平臺支撐。那么一個基于STM32單片機為控制核心，結合傳感器技術采集汽車試驗時轉速、扭矩信息，設計適用的移動終端界面，客戶能夠對汽車測試數據在上位機上進行遠程監視。

1 汽車產業需求分析

汽車產業鏈是由上游的供應商企業群（汽車零部件制造企業）、中游的整車制造企業群（汽車制造廠）、下游的銷售商企業群（各級汽車經銷商、4S店等）、下下游的售后服務商企業群（汽車售后服務站、4S店、汽修店等）和物流商企業群所組成的大規模復雜供應鏈網絡組織。其中在汽車零部件制造、售后服務、汽車性能試驗等環節均需要用到數據的采集、分析及顯示。本設計在汽車行業中的應用主要是以STM32單片機為控制核心，結合傳感器技術，集多種控制功能于一體，包括汽車試驗時轉速、扭矩信息設計適用的移動終端界面，對汽車測試數據進行遠程監視系統。本系統在整個汽車產業鏈的各個環節中都非常的必要，顧客可不用親身去到汽車試驗中心，在家即可遠程監視試驗數據，了解汽車性能，給客戶帶來了極大的便利。系統總體框圖如圖1.1所示[1]。

2 智能硬件概念

智能硬件與傳統的工業產品在概念模型的表現上有著本質的不同。傳統的工業產品定位于人類使用的工具，無論是機械類產品還是電子類產品，其操作方法多數是人類發出指令，產品精確地去執行，其概念模型屬于指示類型，產品缺乏與人的互動與交流。而智能硬件是伴隨著計算機與傳感器技術的發展而產生的，它們可以與人類進行充分的交流，并能夠智能地完成人類布置的工作與任務。

智能硬件的本質是在傳統的硬件產品中加入計算機“大腦”，通過軟件來控制硬件。智能硬件通過軟硬件結合，對傳統的設備進行改造，進而讓其擁有智能化的功能。值得注意的是，智能硬件的功能是可以變化的，可以隨著用戶的喜好實施不同的控制，它們使用起來更自然，從而能夠根本地改變人與技術的交互方式。本設計以STM32單片機為控制核心，通過無線傳輸模塊實現上位機與下位機之間的通訊，傳感器采集汽車的扭矩信號、轉速信號等，將采集到的數據通過TCP協議實現上位機與下位機的數據同步，并在上位機進行實時顯示[2]。

3 OneNet設備云平臺架構

隨著物聯網大潮的到來，國內外多家運營商相繼推出了自己云平臺，服務于物聯網應用領域，基于此，本設計提出了智能硬件接入中國物聯網開放平臺——OneNet設備云的研究方案，此平臺面向所有硬件終端系統開放，是一款免費的平臺。OneNet是中移物聯有限公司基于物聯網技術和產業特點打造的開放平臺和生態環境，適配各種網絡環境和協議類型，支持各類傳感器和智能硬件的快速接入和大數據服務，提供豐富的API和應用模板以及支持各種行業應用和智能硬件的開發，能夠有效降低物聯網應用開發成本和部署成本，滿足物聯網領域設備連接、協議適配、數據存儲、數據安全、大數據分析等平臺級服務要求。OneNet搭建了一個云存儲服務中心，專門用來解決數據接入之后的數據存儲問題，這個存儲中心具有高并發、大存儲、擴展性強的優點。對于傳感器數據的存儲，通常需要多個服務組建共同來完成。因此本研究方案采用OneNet是最佳選擇。基于 OneNet 的遠程控制端可以是智能移動終端（手機、PAD等），也可以是個人PC機，只要可以與設備云平臺建立網絡連接，皆可作為遠程控制端。

4 智能硬件接入設備云平臺總體設計方案

設備云作為平臺的平臺，可降低開發成本，提供多元化的API接口，使用完善的開發工具為各個業務平臺提供接入、存儲、傳輸和展現等基礎服務，為物聯網開發商快速打造自己的產品提供了很大幫助。OneNet在實際應用中的結構層次如圖4. 1所示：

本設計方案提出的將智能硬件接入設備云平臺從而實現遠程控制的步驟大致可分為三個部分：第一部分是智能硬件終端的數據采集和數據上傳，各類傳感器把所采集到的數據發送給硬件系統的MCU，MCU接收數據之后使用通信協議將其進行打包，進而通過網關上傳到設備云服務器。由于OneNet設備云提供常用的Rest Ful API 接 口、Socket接 口，以 及 支 持MQTT、Modbus協議等接入協議，所以在終端對數據進行打包上傳時可選擇合適的通信協議。第二部分是智能硬件接入設備云需要注冊個人或企業賬號，憑借賬號登錄云平臺，為自己的項目及設備申請ID號，經過一系列操作之后，設備云平臺會為相應的智能硬件分配一個虛擬設備號ID和APIKEY，當接收來自智能硬件的數據請求時，設備云會根據對應的ID號和APIKEY進行鑒權工作，從而決定是否與其建立TCP連接。第三部分是設備云與控制端的數據通信，同樣在控制端輸入由設備云分配的ID號和APIKEY，通過相應的協議與其建立TCP連接，從而將控制命令發送到云端，數據在上位機上進行實時顯示，用戶可遠程監視數據，最終到達智能硬件系統。總體設計方案框圖如圖4.2所示：

上位機界面設計如圖4.3所示：

5 結束語

本文重點研究了智能硬件設備接入設備云平臺（ OneNet） 的方法，實現了終端數據上傳到設備云平臺的通信方式設計方案，給出了設備云平臺具體的通信方式、通信協議的選擇方法和數據打包上傳流程，實現了智能硬件的數據在云平臺上的存儲與轉發，數據在上位機的實時顯示。整個系統在汽車行業中的應用與帶給用戶的便利進行介紹，對于如何進行遠程移動端的控制作了介紹，其實現方法與智能硬件接入設備云類似。

參考文獻

[1] 馬鑫，黃全義，劉全義，等.基于物聯網的建筑火災動態監測方法[J].清華大學學報，2012，52（11）：1584-1590.

[2] 侯琛，趙千川，李海濤，等.物聯網中的嵌入式終端[J].電子測量技術，2014，37（10）：113-117.