物聯網通用控制平臺系統

吳雪琴

摘要：隨著科學技術水平不斷提高，人們對智能化要求也越來越高。為了提高處于不同網絡設備的智能化水平從而方便快捷地實現物物相連，設計了一個物聯網通用控制平臺系統。該系統以云平臺為基礎，以智能通信協議為核心，采用底層感知、核心通信和應用業務三層結構實現。

關鍵詞：物聯網;控制平臺;底層感知;核心通信;web服務器

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）06-0250-02

當今，物聯網在實際生活的各行各業都有著廣泛應用，但由于物聯網需要連接各種各樣的處于不同網絡的設備，從而嚴重制約了物聯網的發展，因此設計一個物聯網的通用控制平臺系統尤為重要。在本文中設計實現了一個這樣的物聯網通用控制平臺系統，從而方便操作實現物物相連。

1系統簡介

計算機技術、通訊技術的飛速發展促進了全球信息的交流和共享，人們的生活也發生了翻天覆地的變化，信息化、智能化與網絡化已經滲入到人們生活和工作的方方面面中。其中，將嵌入式技術和網絡技術相結合實現遠程信息的獲取與設備的控制成為當前研究與應用的熱點。

在實際的物聯網控制系統中，需要連接各種各樣的設備，這比計算機傳統的外設要復雜得多，而且這些設備處于不同的網絡之中，因此設計一個物聯網的通用控制平臺就非常重要了。本次設計主要是以智能家居為例設計實現了一個這樣的物聯網通用平臺。該平臺由三個部分組成：云平臺、智能設備通信核心、用戶端APP組成。

2系統設計與實現

2.1系統說明

該系統是一個物聯網通用平臺，由于必須考慮到系統兼容性問題，因此在系統中選用多種靈活多變的協議，從而使得該系統能符合物聯網通用平臺的要求。

2.2系統結構層次

本系統分為三個部分，即作為云平臺的底層感知層、智能設備通信核心層和用戶端APP的應用業務層，系統結構如下圖1所示。通過該系統可以擴展到對任何電子設備、傳感器和執行器的控制。系統提供有MCU的SDK，用戶只需下載SDK，修改設備ID和密鑰就可使用定制智能設備通信核心和用戶端APP訪問。

本系統同時將三個部分抽離開，云平臺可用多種協議接人，用戶也可以自己定制協議實施。該平臺能夠讓用戶快速地使用該系統，從而應用到實際生產環境中。使用MCU提供的SDK，更加方便用戶的使用。該平臺除了使用WIFI作為通信模塊以外，還提供了GPRS的通信方式，使得系統不僅僅只是利用路由器進行局部通信，更能將系統擴展到全球通信的范圍。

2.2.1應用業務層

該層決定了系統用于什么領域以及所要實現的功能，它根據開發人員的實際需求，從而開發出相應的程序。由于系統采用多種協議的方式，因此系統具有很大的延展性和可擴展性，在這一個層次中，可以使用多種編程語言進行開發。

2.2.2核心通信層

這一個層次是系統中唯一不變的層次，在這個層次中包含多種協議的服務器以及多個網絡服務器程序，從而為整個系統構建框架。在該層次主要使用了隧道服務器、反向代理服務器、SN分配服務器、數據庫服務器、MQTT、Coap、REST HTTP服務器等實現功能。

2.2.3底層感知層

這是系統最終被控制或者采集數據的層次，包括各種傳感器和執行器，根據應用層的需求來決定使用什么樣的傳感器和執行器。

3系統設計

將系統分為三個層次來進行設計，通信核心層不變，應用業務層和底層根據實際的項目需求來進行更替和裁剪，下面內容主要是核心通信層的實現方式。

3.1核心通信層結構

作為系統的核心，核心通信層為整個系統提供骨架，同時也是中間橋梁，它既能為上層的應用業務層提供設備的控制和采集接口，同時也能為底層感知層提供平臺支持。

核心通信層包含多種協議，比如：隧道轉發、MQTT、TCP、REST HTYP、Coap等。不同的場合采用不同的協議實現，即根據需要來選用不同的協議，這些協議分別對應不同端口服務器，用不同的協議接人不同的服務器即可。

該系統中的每一個服務器對應有不同的算法和協議，為了統一規劃和接入方便，本系統提供接入設備的c語言SDK，后期會增加其他語言的SDK。每一個協議的接入方式大致一樣，接入方式如下圖2所示：

在本系統中，通過隧道轉發技術實現訪問嵌入式web服務器，并通過分配一個端口號用以監聽端口，此端口可以用于公網服務器來監聽服務器請求。在實際應用中，有時系統中不僅僅有一個web服務器，因為不同的傳感器和執行器可以由不同的web服務器進行控制，此時可以通過SN分配不同的SN號進行對應。從而當web服務器進行端口轉發時，服務器通過分配一個端口號來監聽web端口請求來實現系統關聯，整個流程如下圖3所示。

3.2系統平臺使用

物聯網通用控制平臺系統的使用主要在應用層實現。首先，用戶可以通過控制平臺系統登錄到該平臺并注冊對應的用戶，然后添加需要連接到系統的各種設備，不管是傳感器還是執行器，并生成這些設備的ID和key;然后將SDK添加到設備工程中，修改為自己設備的ID和key以及密碼，最后通過登錄手機APP輸入對應設備的ID號和密碼后就可以通過此平臺控制各種設備，該平臺的使用步驟如下圖4所示。

4結束語

本系統擴展性強，可移植性高，可以移植在眾多的MCU上，同時該平臺可以使用不同的傳感器運用在不同領域。相比其他物聯網系統云平臺，本云平臺添加端口轉發功能，可以將服務器搭載到設備上，然后通過外網進行訪問。該平臺可以為中小企業提供定制方案，具有很廣闊的市場應用前景。