基于微信小程序的物聯(lián)網系統(tǒng)開發(fā)與應用

摘要：文章以基于微信小程序的物聯(lián)網系統(tǒng)開發(fā)與應用為研究對象，首先對基于微信小程序的物聯(lián)網系統(tǒng)開發(fā)與應用的優(yōu)勢進行了分析，隨后從硬件設計出發(fā)，對基于微信小程序的物聯(lián)網系統(tǒng)硬件模塊設計進行了分析，最后分析了該系統(tǒng)的軟件設計內容，并對其實用性進行了檢測分析，旨在為相關研究提供參考。

關鍵詞：微信小程序;物聯(lián)網;系統(tǒng)開發(fā);應用

中圖法分類號：TP311文獻標識碼：A

Development and application of IoT system based on WeChat applet

CHEN Bo

（The First People's Hospital of Changzhou，Changzhou，Jiangsu 213004，China）

Abstract：The article takes the development and application of IoT system based on WeChat small program as the research object. Firstly， the advantages of developing and using IoT system based on WeChat small program are discussed and analyzed， then the hardware module design of IoT system based on WeChat small program is analyzed from hardware design， finally the software design content of the system is analyzed， and the practicality of which is tested and analyzed，hoping to provide some reference for related research.

Key words：WeChat applet，Internet of things，system development，application

在“互聯(lián)網+”信息時代下，各種先進的信息技術不斷涌現(xiàn)，各種通信 APP 也得到了廣泛普及。其中，以微信為代表的通信 APP 已經成為“裝機必備 APP”，為人們的生產生活帶來了極大便利。因此，在物聯(lián)網系統(tǒng)開發(fā)中，可以引入微信小程序，從而進一步簡化物聯(lián)網系統(tǒng)功能操作的難度，同時為物聯(lián)網系統(tǒng)開發(fā)與應用創(chuàng)造更有利的條件，滿足物聯(lián)網運行穩(wěn)定、便捷、安全的需求，促使物聯(lián)網系統(tǒng)發(fā)揮出更大的價值。

1應用優(yōu)勢

以微信小程序為基礎，加強物聯(lián)網系統(tǒng)應用與開發(fā)，主要有如下優(yōu)勢：（1）局域網通信比較方便。物聯(lián)網設備通常會通過 Wi?Fi 模塊進行網絡連接。在這一過程中，微信小程序會通過局域網、ZigBee 技術等滿足物聯(lián)網通信需要。基于此，物聯(lián)網系統(tǒng)感知層通信調試難度將會大大降低;（2）后端開發(fā)更加容易。對微信小程序而言，后端開發(fā)有著非常低的成本，且實際開發(fā)效率也比較高。因此，可在官方后臺 API 的幫助下直接與前端對接，減輕了開發(fā)者的開發(fā)工作壓力，使其能專心進行核心業(yè)務開發(fā)[1]。這對物聯(lián)網系統(tǒng)開發(fā)效率提升有著非常積極的影響;（3）應用結構統(tǒng)一。傳統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)平臺較為復雜，而以微信小程序為基礎進行物聯(lián)網系統(tǒng)開發(fā)，不僅可以滿足功能開發(fā)需求，同時應用結構也更加統(tǒng)一。這為開發(fā)者進行權限、數(shù)據、存儲等功能集中管理創(chuàng)造了非常有利的條件;（4）擁有非常完善的學習生態(tài)。對微信開發(fā)平臺來說，本身配置了非常詳細的開發(fā)文檔，因此能夠為開發(fā)者開發(fā)工作開展提供一定的指導，尤其是能夠為開發(fā)者提供很多簡單易懂的 API，有效推動開發(fā)工作順利開展。并且，近年來微信小程序開發(fā)越來越流行，現(xiàn)存很多開源項目，能夠為開發(fā)者提供幫助，降低了開發(fā)難度。

2硬件模塊設計

基于微信小程序的物聯(lián)網系統(tǒng)硬件框架如圖1所示，硬件模塊主要包括電源模塊、控制模塊和通信模塊。

電源模塊。在該模塊中，采用了220V 電源適配器，電壓為12V，通過 DC 電源插孔直接與電源模塊連接。在模塊之上，設計有兩路 LED 指示燈，用于顯示系統(tǒng)實際運行狀態(tài)。比如，系統(tǒng)處于開機、開機等狀態(tài)[2]。從電源輸出來看，主要包括三種輸出電壓類型：一是12V 電壓，通過插入 DC 電源，完成電壓輸入;二是5V 電壓，通過電源芯片 NCP1117ST50T3G 輸出;三是3.3V 電壓，通過電源芯片 NCP1117ST33T3G 輸出。同時，芯片的外圍電路也比較簡單，先完成兩個電容（電容容量分別是10uf 與1uf）并聯(lián)，即可實現(xiàn)對直流輸入電壓的濾波處理。在此基礎上，再并聯(lián)一個10uf 電容，即可確保電壓輸出的穩(wěn)定性。

控制模塊。在該模塊中，采用了 ATMEGA328P 控制芯片。這種芯片最早源自于 AVR 開源硬件平臺，在 Android 開發(fā)架構中也能進行應用。由于平臺硬件開源，且 IDE 也比較便捷，因此降低了開發(fā)難度，開發(fā)人員無須關心底層控制邏輯，集中精力進行業(yè)務邏輯開發(fā)，可提高開發(fā)效率。

通信模塊。在該通模塊中，采用了貼片式 Wi?Fi 模組 ESPWROOM?02ESP，這一模組對其射頻性能進行了調整，因此更能夠滿足物聯(lián)網系統(tǒng)的生產需求。除此之外，該模塊還有以下優(yōu)勢：（1）Wi?Fi 功能完善，且經過了官方認證，不僅可以獨立應用，還能夠搭配其他 MCU，自由組合應用。當模組獨立應用時，可通過外接 flash 啟動，同時在高速緩存器的幫助下，系統(tǒng)存儲也能夠得到有效優(yōu)化;（2）該通信模塊能夠支持基礎型結構網絡。結合當前的無線網絡標準，發(fā)射功率可以自由靈活控制，且整體功能較強，能夠滿足物聯(lián)網系統(tǒng)運行各種網絡連接需求;（3）該模塊集成了32-Bit 內核處理器，因此有著非常強大的 CPU 處理能力，處理最高時鐘頻率能夠達到160MHz，能夠滿足系統(tǒng)運行需求。不僅如此，該模塊將絕大部分處理能力用于業(yè)務開發(fā)，優(yōu)異的性能賦予其強大的數(shù)據處理能力，因此能夠滿足物聯(lián)網系統(tǒng)功能運行要求。

3云服務搭建

在本次物聯(lián)網系統(tǒng)開發(fā)過程中，還自建了云服務器，在這一過程中，采用了 CentOS7.264位操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)在當前屬于比較常用的主流服務器操作系統(tǒng)，且系統(tǒng)版本免費，可顯著降低開發(fā)成本。同時，這一版本本身也比較穩(wěn)定，更新的頻率較低。因此，與普通的 Linux 系統(tǒng)相比，其更加穩(wěn)定，運行也更加安全。此外，系統(tǒng)還有良好的兼容性，后續(xù)維護也比較方便。在啟動云服務器實例后，可采用 WebShell 瀏覽方式，完成對云服務器的登錄。在此基礎上，還需要利用“阿帕奇（Apache）”完成云服務器 HTTP 服務的搭建。在這一過程中，需要先完成云服務器登錄，然后采用 yum 命令，完成對阿帕奇服務的安裝[3]。隨后啟動阿帕奇服務，將其功能納入開機啟動服務列表之中。最后依法炮制，采用 yum 命令，完成 MySQL，PHP 安裝。通過采用上述方法，可以基本完成物聯(lián)網系統(tǒng)云服務器搭建。在后續(xù)開發(fā)工作中，還需要做好 SQL 數(shù)據庫、PHP 腳本開發(fā)等工作，針對阿帕奇，還應結合系統(tǒng)的實際需求，完成針對性網絡服務設置工作。

4軟件設計

物聯(lián)網系統(tǒng)云端響應函數(shù)。在完成上述硬件內容設計后，需要進行微信小程序的引入，通過微信小程序完成對物聯(lián)網系統(tǒng)功能的操作。為達到這一目的，需要立足系統(tǒng)，完成云端響應函數(shù)設計。在正常情況下，微信小程序會在微信客戶端之上進行運行，系統(tǒng)軟件運行流程如圖2所示。因此，為了促使程序與物聯(lián)網系統(tǒng)進行緊密連接，需要用到響應函數(shù)，完成程序內容與功能的調用。與此同時，還應注重做好外網設備的連接工作，通過調用域名與前端 IP 地址，及時響應云端程序服務，完成對物聯(lián)網系統(tǒng)運行的控制。針對系統(tǒng)軟件設計工作，必須提高對響應函數(shù)設計的重視，如此才能通過軟件完成微信小程序功能的調用，確保程序與物聯(lián)網系統(tǒng)產生功能性通信連接。

在物聯(lián)網系統(tǒng)設計中，僅支持個人用戶應用系統(tǒng)。在實際進行通信連接設計時，可以直接通過 Wi? Fi 局域網進行小程序通信。在微信小程序客戶端也可以完成硬件配置工作，以調用域名與域值，從而在HTTPS 與 EWSS 端實現(xiàn)網絡協(xié)議調度。在完成協(xié)議處理后，即可通過上述設計的云端自建服務器完成訪問工作，實現(xiàn)程序到系統(tǒng)之間的通信。除此之外，還可以在云端響應函數(shù)中直接進行接口信息的整合，從而有效滿足自建云端服務器與微信小程序之間的通信需求，確保小程序操作功能能夠通過網絡通信被物聯(lián)網系統(tǒng)所接收，并及時進行響應。基于此，在構建微信小程序的過程中，可以選擇引入 lamp 框架結構，實現(xiàn)對終端數(shù)據的同步處理。與此同時，還能夠在 Web 應用中采用數(shù)據長連接方式完成連接請求的發(fā)送。最后，在微信小程序的云空間中借助函數(shù)調用功能，實現(xiàn) API 調用。上述函數(shù)具體表示如下：

accountList =∑adapter（γ i ）× n?? （1）

式（1）中，accountList 代表的是微信小程序云端調用清單，γ代表的是異步信息，i 代表的是在調用行為出現(xiàn)后函數(shù)計算實際迭代的次數(shù)，n 代表的是具體的調用信息量。在上述函數(shù)的指導下，可以在微信小程序中完成信息調用的操作，從而直接從物聯(lián)網系統(tǒng)下的傳感器中獲得相關控制參數(shù)信息。

引入數(shù)據庫完成物聯(lián)網系統(tǒng)運行流程的規(guī)劃。完成響應函數(shù)設計工作后，標志著微信小程序與物聯(lián)網系統(tǒng)正式進行了通信響應連接。在此基礎上，還需要將調用數(shù)據信息與前端數(shù)據進行融合，才能更好地推動物聯(lián)網系統(tǒng)穩(wěn)定、順利運行。以物聯(lián)網系統(tǒng)運行需求為依據，通過建立 SQL Server 數(shù)據庫，統(tǒng)一對物聯(lián)網系統(tǒng)的終端數(shù)據信息與微信小程序中的用戶信息進行管理。其中，對于微信小程序的用戶而言，可以結合不同的用戶角色以及功能，完成對應的數(shù)據庫表格建立，并以此為依據，完成數(shù)據庫的構建。

在數(shù)據庫中，除了主鍵以外，其他內容均采用 archar（ n）方式進行定義。基于此，能夠為后續(xù)數(shù)據庫表格內容修改提供便利。在成功建立系統(tǒng)數(shù)據庫后，還需要基于物聯(lián)網系統(tǒng)軟件運行過程完成數(shù)據庫融合，并對物聯(lián)網系統(tǒng)軟件程序運行流程進行科學合理的規(guī)劃。與此同時，在 services 服務中，還需要對數(shù)據信息進行封裝處理。相關處理內容復雜，具體為系統(tǒng)內小程序信息增刪改查等功能。在實際進行數(shù)據庫運行調用時，應遵循以下流程：首先，執(zhí)行 db.insert 程序，完成數(shù)據插入，即在數(shù)據庫表格中，插入一條數(shù)據信息。然后，在執(zhí)行使用 db.delete 程序，完成數(shù)據刪除，即在數(shù)據庫表格中，刪除一條指令。采用上述方式，可以對物聯(lián)網系統(tǒng)內信息進行處理，滿足物聯(lián)網系統(tǒng)的運行需求。

5實用性檢測

在完成基于微信小程序的物聯(lián)網系統(tǒng)硬件與軟件設計后，為了對系統(tǒng)的功能實用性進行驗證分析。本文提出了一種“黑白盒測試方法”，以對物聯(lián)網系統(tǒng)運行進行檢測。通過對比實驗，測試計算機終端輸入系統(tǒng)測試指令的有效性。在這一過程中，需要將系統(tǒng)中的傳感器與主控板以及通信接口進行連接，同時注意保持連接的標準化。在此基礎上，打開電源，實現(xiàn)對計算機的恒流供電。此時，整個物聯(lián)網系統(tǒng)啟動，且處于正常運行狀態(tài)下。隨后，即可對物聯(lián)網系統(tǒng)運行的監(jiān)控區(qū)域實施一定的干擾，用于檢測系統(tǒng)功能是否運行正常。

在具體進行干擾時，可采用多種方法，如可以選擇切斷電路、關閉燈光等。此時，系統(tǒng)傳感器感會自動感應功能覆蓋區(qū)內的異常變化情況，隨后會啟動環(huán)境異常檢測功能，通過傳感器感知周圍環(huán)境信息，并通過網絡進行信息傳輸。如果物聯(lián)網系統(tǒng)對環(huán)境檢測識別不存在錯誤，物聯(lián)網終端用戶會將相應的信息字符串以二進位制數(shù)據的方式進行傳輸。此時，在局域網之內的計算機前端會接收到信息，微信小程序也會向用戶發(fā)送異常消息提醒。每順利執(zhí)行1次上述操作，便表明物聯(lián)網系統(tǒng)通過了上述實用性功能測試。

6總結

以微信小程序為基礎的物聯(lián)網系統(tǒng)設計與開發(fā)具有系統(tǒng)性和專業(yè)性，在實際進行設計時，應充分利用微信小程序進行物聯(lián)網系統(tǒng)開發(fā)的優(yōu)勢，同時從系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計出發(fā)，完善系統(tǒng)架構，并從云端服務設計入手，賦予物聯(lián)網系統(tǒng)良好的信息服務功能，從而滿足物聯(lián)網系統(tǒng)運行的需要。

參考文獻：

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[2]顧新萍.基于微信小程序的智能家居控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[ D ].青島：青島大學，2019.

[3]張瑞松，馬志財.基于物聯(lián)網的家庭智能氣候站設計[ J].自動化儀表，2020，41（5）：71?74.

作者簡介：

陳波（1989—），碩士，研究方向：數(shù)據庫。