物聯網電飯鍋APP的設計

梁啟文 龍世瑜 鄧嘉慧 楊金華

摘 要：在OneNET云平臺的基礎上，運用Delphi設計物聯網電飯鍋APP，并用網絡調試助手NetAssist模擬電飯鍋，使APP具有遠程監控電飯鍋狀態和余米量的功能，同時可實現遠程操控電飯鍋自動下米、自動加水、自動洗米、自動煮飯等。該產品具有響應速度快、高效，運行平穩，準確性高等特點。

關鍵詞：物聯網;OneNET;Delphi;電飯鍋

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）01-00-04

0 引 言

據調查，市面上最新、最智能的電飯鍋的功能與傳統電飯鍋相比，除常用的預約功能外，還提供了互聯網+的煮飯監控。電飯鍋定時預約煮飯時，需要事先把大米洗干凈并配好水，但大米長時間在水中浸泡影響了米飯的口感[1]。而利用手機APP控制物聯網智能電飯鍋，可以自動下米、洗米，且此類電飯鍋尚未上市。因此，物聯網智能電飯鍋具有巨大的市場潛能。

1 系統總體結構

系統主要分為APP終端模塊、云平臺、電飯鍋模擬模塊三部分，利用TCP/IP網絡傳輸協議實現APP、硬件模擬模塊與云平臺之間的數據傳送與命令下發，其網絡拓撲結構如圖1所示。在APP確認電飯鍋設備在線后，開始工作，遠程獲得儲米箱的余米量，用戶可在APP選擇下米量和做飯模式，偵測電飯鍋做飯的各種狀態，直到煮飯完成，其工作流程如圖2所示。若離線，則APP無法使用。

與傳統電飯鍋相比，本文系統多了手機和云平臺數據的控制與檢測。使用者只需用手機點擊APP發送命令，就能實時監控電飯鍋的狀態。其主要實現步驟如下：

（1）把適量的大米存在儲米箱，當普通米缸使用。

（2）家里或工地上的電飯鍋通過WiFi模塊連接云平臺。

（3）在手機APP的主菜單頁面查詢余米量，選擇下米量，點擊相應的煮食模式，APP將該功能發送至云平臺，電飯鍋接收指令。

（4）電飯鍋接收到指令后開始動作，且把每個操作步驟和做飯狀態反饋至APP，實現電飯鍋狀態的遠程智能化監控[2]。

2 OneNET云平臺的搭建

OneNET是中國移動自主研發的物聯網開放云平臺，全面支持NB-IoT設備接入，提供智能家電行業套件解決方案、視頻能力服務和圖形化應用開發工具，進一步整合產業鏈上下游資源，助力物聯網生態圈構建[3]。搭建方法如下：

（1）注冊并登錄OneNET，進入開發者中心界面，點擊創建產品選項。產品創建名稱為EDP電飯鍋，產品行業為智能家居，選擇設備接入方式為公開協議，聯網方式為WiFi。設備接入協議EDP[4]（Enhanced Device Protocol，EDP），使創建的“EDP電飯鍋”產品具有上報傳感器數據點和接收實時命令的功能。

（2）打開公開協議產品界面，點擊EDP電飯鍋產品進入產品概況詳細頁，創建一個新設備EDP1，創建設備成功后，可在此頁面獲取設備信息：產品ID、用戶ID、APIKey、設備接入協議、產品概要分析、設備趨勢分析和數據點上傳分析。其中，APIKey在設備創建時自動生成，可默認關聯任何設備。

（3）利用平臺提供的EDPSDK，開展和接入服務器的TCP連接，實現EDP協議，用于上報業務數據點。官方網站的協議說明為《設備終端接入協議-EDP》。若要實時接收業務層下發的控制命令，則需保持EDP長連接，而且利用開放的API接口可自定義實現業務平臺。可通過EDP 協議的RESTFUL API操作OneNET提供的資源，如設備增刪改查、數據流創建、數據點上傳、命令下發等，實現簡單調用、快速生成應用[4]。EDP服務器地址域名為jjfaedp.hedevice.com，端口號為876。

3 物聯網APP的開發工具

3.1 可視化的集成開發環境

Delphi是Pascal項目的一個分支，基本語言還是Pascal語言[5]，核心是Object Pascal的集成開發環境（IDE）[6]，其最大優點是作為一個面向對象設計為中心的開發工具，采用圖形用戶界面作為開發環境，使用類庫和IDE，VCL工具編譯器，大大提高了開發效率。

3.2 控件與過程

（1）常用控件。Delphi使用VCL可視組件庫，在窗體設計器右下方找到組件面板，按組件的不同特點和用戶需求分門別類，可選擇的控件有TButton，TGroupBox，TExit，TLable，TImage……分別稱之為按鈕、分組框、文本編輯、標簽編輯和插入圖片等。StyleBook樣式是一種皮膚，也稱做“樣式”或“風格”，包含很多具有動畫效果的動作，增強了用戶界面體驗[7]。

（2）procedure過程：一類為標準過程;另一類為自定義過程。在本文設計中，中間部分的語句以begin開始、end結束，與C語言編程類似，但procedure過程沒有返回值。本文使用的標準過程、自定義過程有表單創建過程、表單結束過程、按鈕過程、掃描接收過程、定時器定時使用過程等[8]。

3.3 APP的主要功能

進入物聯網電飯鍋APP主界面后，可看到有6種做飯模式，其界面顯示如圖3所示。

（1）檢測電飯鍋設備狀態

當電飯鍋斷電或未成功連網時，設備狀態顯示離線;反之，則顯示在線。只有電飯鍋設備狀態顯示在線時，APP的整體功能才被啟動。偵查設備狀態的功能運用了TjsonObject類，獲取從OneNET返回的Json數據，提取需要的設備狀態Status。

（2）獲取余米量，發送下米量

從OneNET云平臺獲取余米量的數值后，在Delphi的程序中通過Json單元提取需要的字符串（單位：g）;為了獲得更好的用戶體驗，把獲得的字符串轉換成浮點型，再除以500得到以斤為單位的數值。另外，在電飯鍋完成煮飯后，OneNET會再次返回儲米箱的余米量顯示給用戶。

硬件模塊的生產需求規定：下米量為150 g（3兩）的倍數，因此設計下米量的單位為兩，用戶能直觀地輸入下米量。若未填寫下米量，則米量組的 “發送”按鈕會變成灰色不可用，并彈出對話框“is not a valid interger value”提醒用戶輸入需要煮飯的米量。

（3）選擇模式，查看做飯狀態

供選擇的模式為保溫/取消、標準、超快、蒸煮、煲湯、煮粥/稀飯。這些模式綜合了市場上各種電飯鍋的功能，在硬件水平設施能夠實現的基礎上設定。

電飯鍋的做飯狀態為洗米中、洗米完成、煮飯中、煮飯完成。當用戶選好做飯模式，填好下米量后，點擊“發送”按鈕，電飯鍋動作、下正確的米量、噴水洗米，進入“洗米中”狀態;洗米完成后為“洗米完成”狀態;之后電飯鍋自動進入“煮飯中”狀態，數據上傳至OneNET，手機APP定時掃描云平臺，監控電飯鍋狀態，直到進入“煮飯完成”狀態。

4 通信協議數據格式

為了實現電飯鍋和手機APP通信的數據準確性和設備的精準控制，本文設計了一套完整的電飯鍋通信協議，實現無線傳感網數據的封裝[9]。

4.1 連接請求和連接響應

（1）連接請求是指電飯鍋在通電以后，通過一段數據包連接OneNET云設備。

連接請求包含消息頭、選項和消息體三部分。選項包括協議名稱、協議版本、連接標志、保持連接時間。消息體包含設備ID、鑒權信息，內容均為長度+內容的字符串格式，設備ID必須傳遞。數據格式如下：

消息類型+剩余字節長度+選項1：協議描述+選項2：協議版本+選項3：連接標志+選項4：保持時間+設備ID字節長度+設備ID+ API字節長度+ API

（2）連接響應是電飯鍋連接請求返回的數據，也是OneNET云平臺的自帶協議。

連接響應報文包含消息頭與2個必選項。其中，選項包括1 B響應標志和1 B返回碼選項。數據格式如下：

消息類型+剩余字節長度+選項1：標志+選項2：返回碼

4.2 電飯鍋數據發送和APP數據接收

（1）電飯鍋轉發數據的實質是向OneNET云平臺存儲數據。該消息是從設備到云平臺發送的數據，由消息頭、1個選項和消息體組成，其中選項標志位必填，其他根據標志位選填。消息體選擇type=5的數據結構，為自定義間隔字符串格式，消息編號是一個零值。服務器收到此消息后，不會響應一個SAVE_ACK消息。數據格式如下：

消息類型+剩余字節長度+數據結構類型+剩余字節長度+內容（數據固定五位數）

（2）當電飯鍋把數據存儲在OneNET后，APP在定時器定時掃描的作用下獲取變化的數值。APP接收的數據通過調用設備API服務讀取，數據結構為Json格式[10]。

4.3 APP命令下發和電飯鍋數據接收

（1）APP命令下發的實質是移動終端通過OneNET云平臺對電飯鍋進行數據透傳。本文設計命令下發內容為：煮食方式+下米量。其中，每種煮食選擇方式對應的模式見表1所列。

4.4 心跳請求和心跳響應

心跳請求：確保電飯鍋和OneNET進行長連接，時間約為2 min，只有消息頭，由電飯鍋發送至OneNET服務器，數據格式為C0? 00。

心跳響應：在心跳請求后，若成功，則OneNET會有響應。該消息從OneNET服務器返回電飯鍋，數據格式為D0? 00。

在APP電飯鍋的程序里，每隔3 min發送一次心跳請求，確保電飯鍋與OneNET保持長連接。

5 功能調試與實現

5.1 網絡調試助手NetAssist設置

NetAssist模擬電飯鍋硬件連接OneNET，根據官網上提供的《設備接入協議-EDP》，設置NetAssist 的協議類型為TCP Client。本地主機地址設置為電腦本地IP地址，遠程主機地址設置為EDP服務器IP地址180.230.40.39，端口號為876。若點擊連接后對話框變為紅亮，則NetAssist連接成功。

5.2 設備狀態檢測

根據上文設計的通信協議數據格式，電飯鍋連接OneNET上的設備號為4091736，APIKey為8Ex1CCrRNYoxBLj2IlYWx10Jn0w=的設備， 因此網絡調試助手NetAssist發送的數據包為：

5.3 數據發送與接收

5.4 心跳包

由于電飯鍋使用網絡調試助手NetAssist模擬，因此無法使用程序控制定時發送心跳請求。在本文設計中，需手動大約2 min發送一次心跳請求，數據包為C0 00，維持電飯鍋與OneNET平臺的長連接。若確保心跳響應為D0 00，則表明電飯鍋長連接能保持，EDP電飯鍋設備一直顯示在線。

6 結 語

本文借助OneNET平臺的EDP協議，設計了基于Delphi的可視化電飯鍋APP，完成了傳送數據包、分析Json數據、獲取Json有用元素的系統設計。通過測試表明，該系統運行穩定，數據傳輸準確，發生重傳的幾率低，可應用于對物聯網電飯鍋的控制。

參 考 文 獻

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[3]中移物聯網開放平臺NB IoT設備接入[OL].[2017-08-03].https：//open.iot.10086.cn/bbs/forum.php.

[4]彭小紅，邢旭峰，曾宏俊.基于OneNet物聯網云平臺的智能養殖系統[J].現代計算機（專業版）. 2017（31）：67-72.

[5]黃毅.基于Delphi的發動機測試系統開發[D]. 合肥：合肥工業大學，2016.

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[8] POWELL C. The Delphi technique：myths and realities[J].Journal of advanced nursing， 2003，41（4）：82-86.

[9]廖勇.統一信息網空間數據通信傳輸協議研究[D]. 重慶：重慶大學，2014.

[10]于京，詹曉東.一種基于Json格式的生產線數據采集系統模型[J].制造業自動化，2012，34（3）：154-155.