基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的云平臺無線數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

夏傳克　王鴻磊　殷智浩

摘要：現(xiàn)有無線數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)往往存在信號弱、傳輸距離短、反控難等諸多問題，為了解決這些問題我們設(shè)計了一套基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的云平臺無線數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為兩個部分：1）GPS定位采集設(shè)備及可擴(kuò)展模塊;2）移動終端數(shù)據(jù)監(jiān)測及控制系統(tǒng)。GPS定位擴(kuò)展模塊可以實時定位設(shè)備位置。移動終端的檢測及控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集實時環(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，運行效果良好，具有較好的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：NB-IoT;精確定位;無線監(jiān)控;云平臺

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：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)計研究的是基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的云平臺無線數(shù)據(jù)采集運輸車輛內(nèi)部、外部環(huán)境和運行狀態(tài)問題，采集環(huán)境物理參數(shù)[2，4]，實時反饋車輛的地理位置[5]，進(jìn)而做到環(huán)境數(shù)據(jù)過程的透明化。

1系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的云平臺無線數(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)主要分為兩個部分，環(huán)境監(jiān)測采集數(shù)據(jù)，和移動終端數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，輸送到云平臺上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并實現(xiàn)實時定位、顯示路線、報警、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

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

2.1 基于NB-IoT的GPS定位設(shè)計

GPS可以為地球表面絕大部分地區(qū)（98%）提供準(zhǔn)確的定位、測速和高精度的時間標(biāo)準(zhǔn)[1]。但由于定位精度不夠精確，用戶終端接收GPS傳過來的定位信息并對信息進(jìn)行算法優(yōu)化，本設(shè)計主要通過以下的公式來進(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

窄帶物聯(lián)網(wǎng)的云平臺無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，輸送到云平臺上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，后通過程序設(shè)計進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，并通過手機(jī)APP下發(fā)命令實現(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)者平臺搭建

IOT管理平臺的功能主要是提供對各種傳感器、SIM卡的數(shù)據(jù)采集、管理功能，同時可以把數(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NB模組將數(shù)據(jù)上傳到華為的OceanConnect云平臺。云平臺搭建流程如下：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、命令下發(fā)消息——建立映射關(guān)系。

OceanConnect開發(fā)者平臺通過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，并且通過制作的插件來解析從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的實時顯示，并且還可以查看通過手機(jī)APP對下位機(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)計與實現(xiàn)

手機(jī)APP通過申請的華為云平臺的遠(yuǎn)程實驗室Ocean Connect的平臺通過填入設(shè)備對接地址、應(yīng)用對接端口、APPID、密鑰來進(jìn)行登錄從而從云平臺獲取下位機(jī)傳感器采集到的數(shù)據(jù)。

手機(jī)APP點擊下發(fā)命令按鈕通過調(diào)用云平臺接口發(fā)送給云平臺，通過云平臺向設(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、供暖等功能的實現(xiàn)。

5系統(tǒng)總體功能測試

5.1 云平臺功能測試

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

OceanConnect開發(fā)者平臺接收到下位機(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功能測試

手機(jī)APP登錄后，點擊命令下發(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)計可以應(yīng)用于信息融合技術(shù)的城市環(huán)境監(jiān)測與預(yù)警等多個方面，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題，對于NB-IoT的運用有一定的指導(dǎo)作用。系統(tǒng)整體分為兩個部分：1）GPS定位采集擴(kuò)展模塊和WIFI擴(kuò)展模塊;2）移動終端數(shù)據(jù)監(jiān)測及控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了對環(huán)境的監(jiān)測和控制以及車輛位置的經(jīng)緯度和命令下發(fā)信息的存儲查詢，實現(xiàn)了對無線數(shù)據(jù)采集和控制的自動化管理。相較于其他系統(tǒng)本系統(tǒng)有以下優(yōu)勢：

1）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲方面使用華為的云平臺進(jìn)行存儲數(shù)據(jù)安全性較高，同時系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)實時傳遞給用戶。

2）實時顯示數(shù)據(jù)并可以查看歷史數(shù)據(jù)同時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，可以讓用戶使用更加方便。

參考文獻(xiàn)：

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

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[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)的智能冷鏈運輸終端系統(tǒng)[J].計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2019，28（4）：119-124.

【通聯(lián)編輯：唐一東】