賈志強(qiáng) 晏濤 吳俊林 劉小雪

摘 要 針對(duì)移動(dòng)終端與智能硬件遠(yuǎn)程組網(wǎng)中，對(duì)智能硬件的結(jié)構(gòu)要求復(fù)雜程度高，服務(wù)器程序設(shè)計(jì)復(fù)雜及專用服務(wù)器使用費(fèi)高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)3種以STM32單片機(jī)為控制核心，結(jié)合傳感器技術(shù)，集多種控制功能于一體，包括汽車試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速、扭矩信息設(shè)計(jì)適用的移動(dòng)終端界面，對(duì)汽車測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。上位機(jī)選用中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)—OneNet設(shè)備云服務(wù)器，構(gòu)建出智能硬件接入OneNet，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的組網(wǎng)方案。本方案是把智能硬件終端采集的傳感器數(shù)據(jù)上傳到OneNet云平臺(tái)，OneNet平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)由移動(dòng)控制端—云平臺(tái)—智能硬件設(shè)備組成的遠(yuǎn)程監(jiān)視物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)在移動(dòng)終端遠(yuǎn)程監(jiān)控的同時(shí)，還可在云平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)智能硬件終端數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

關(guān)鍵詞 智能硬件；遠(yuǎn)程監(jiān)視；OneNet云平臺(tái)；物聯(lián)網(wǎng)；單片機(jī)

前言

智能硬件是在傳統(tǒng)硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造之后，通過(guò)軟件和硬件相結(jié)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(tǒng)已經(jīng)具備了連接網(wǎng)絡(luò)的能力，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的加載，具備了大數(shù)據(jù)等附加價(jià)值，形成了“云+端”的典型架構(gòu)。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，物體與物體之間的信息交互，物體與客戶端的數(shù)據(jù)傳輸，需要一個(gè)通信平臺(tái)支撐。那么一個(gè)基于STM32單片機(jī)為控制核心，結(jié)合傳感器技術(shù)采集汽車試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速、扭矩信息，設(shè)計(jì)適用的移動(dòng)終端界面，客戶能夠?qū)ζ嚋y(cè)試數(shù)據(jù)在上位機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。

1 汽車產(chǎn)業(yè)需求分析

汽車產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)怯缮嫌蔚墓?yīng)商企業(yè)群（汽車零部件制造企業(yè)）、中游的整車制造企業(yè)群（汽車制造廠）、下游的銷售商企業(yè)群（各級(jí)汽車經(jīng)銷商、4S店等）、下下游的售后服務(wù)商企業(yè)群（汽車售后服務(wù)站、4S店、汽修店等）和物流商企業(yè)群所組成的大規(guī)模復(fù)雜供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)組織。其中在汽車零部件制造、售后服務(wù)、汽車性能試驗(yàn)等環(huán)節(jié)均需要用到數(shù)據(jù)的采集、分析及顯示。本設(shè)計(jì)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用主要是以STM32單片機(jī)為控制核心，結(jié)合傳感器技術(shù)，集多種控制功能于一體，包括汽車試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速、扭矩信息設(shè)計(jì)適用的移動(dòng)終端界面，對(duì)汽車測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)。本系統(tǒng)在整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)中都非常的必要，顧客可不用親身去到汽車試驗(yàn)中心，在家即可遠(yuǎn)程監(jiān)視試驗(yàn)數(shù)據(jù)，了解汽車性能，給客戶帶來(lái)了極大的便利。系統(tǒng)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(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品在概念模型的表現(xiàn)上有著本質(zhì)的不同。傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品定位于人類使用的工具，無(wú)論是機(jī)械類產(chǎn)品還是電子類產(chǎn)品，其操作方法多數(shù)是人類發(fā)出指令，產(chǎn)品精確地去執(zhí)行，其概念模型屬于指示類型，產(chǎn)品缺乏與人的互動(dòng)與交流。而智能硬件是伴隨著計(jì)算機(jī)與傳感器技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，它們可以與人類進(jìn)行充分的交流，并能夠智能地完成人類布置的工作與任務(wù)。

智能硬件的本質(zhì)是在傳統(tǒng)的硬件產(chǎn)品中加入計(jì)算機(jī)“大腦”，通過(guò)軟件來(lái)控制硬件。智能硬件通過(guò)軟硬件結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行改造，進(jìn)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(shí)施不同的控制，它們使用起來(lái)更自然，從而能夠根本地改變?nèi)伺c技術(shù)的交互方式。本設(shè)計(jì)以STM32單片機(jī)為控制核心，通過(guò)無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的通訊，傳感器采集汽車的扭矩信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)等，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)同步，并在上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示[2]。

3 OneNet設(shè)備云平臺(tái)架構(gòu)

隨著物聯(lián)網(wǎng)大潮的到來(lái)，國(guó)內(nèi)外多家運(yùn)營(yíng)商相繼推出了自己云平臺(tái)，服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，基于此，本設(shè)計(jì)提出了智能硬件接入中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)——OneNet設(shè)備云的研究方案，此平臺(tái)面向所有硬件終端系統(tǒng)開放，是一款免費(fèi)的平臺(tái)。OneNet是中移物聯(lián)有限公司基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)打造的開放平臺(tái)和生態(tài)環(huán)境，適配各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和協(xié)議類型，支持各類傳感器和智能硬件的快速接入和大數(shù)據(jù)服務(wù)，提供豐富的API和應(yīng)用模板以及支持各種行業(yè)應(yīng)用和智能硬件的開發(fā)，能夠有效降低物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)成本和部署成本，滿足物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域設(shè)備連接、協(xié)議適配、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)安全、大數(shù)據(jù)分析等平臺(tái)級(jí)服務(wù)要求。OneNet搭建了一個(gè)云存儲(chǔ)服務(wù)中心，專門用來(lái)解決數(shù)據(jù)接入之后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題，這個(gè)存儲(chǔ)中心具有高并發(fā)、大存儲(chǔ)、擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于傳感器數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通常需要多個(gè)服務(wù)組建共同來(lái)完成。因此本研究方案采用OneNet是最佳選擇。基于 OneNet 的遠(yuǎn)程控制端可以是智能移動(dòng)終端（手機(jī)、PAD等），也可以是個(gè)人PC機(jī)，只要可以與設(shè)備云平臺(tái)建立網(wǎng)絡(luò)連接，皆可作為遠(yuǎn)程控制端。

4 智能硬件接入設(shè)備云平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案

設(shè)備云作為平臺(tái)的平臺(tái)，可降低開發(fā)成本，提供多元化的API接口，使用完善的開發(fā)工具為各個(gè)業(yè)務(wù)平臺(tái)提供接入、存儲(chǔ)、傳輸和展現(xiàn)等基礎(chǔ)服務(wù)，為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)商快速打造自己的產(chǎn)品提供了很大幫助。OneNet在實(shí)際應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)層次如圖4. 1所示：

本設(shè)計(jì)方案提出的將智能硬件接入設(shè)備云平臺(tái)從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的步驟大致可分為三個(gè)部分：第一部分是智能硬件終端的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)上傳，各類傳感器把所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給硬件系統(tǒng)的MCU，MCU接收數(shù)據(jù)之后使用通信協(xié)議將其進(jìn)行打包，進(jìn)而通過(guò)網(wǎng)關(guān)上傳到設(shè)備云服務(wù)器。由于OneNet設(shè)備云提供常用的Rest Ful API 接 口、Socket接 口，以 及 支 持MQTT、Modbus協(xié)議等接入?yún)f(xié)議，所以在終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包上傳時(shí)可選擇合適的通信協(xié)議。第二部分是智能硬件接入設(shè)備云需要注冊(cè)個(gè)人或企業(yè)賬號(hào)，憑借賬號(hào)登錄云平臺(tái)，為自己的項(xiàng)目及設(shè)備申請(qǐng)ID號(hào)，經(jīng)過(guò)一系列操作之后，設(shè)備云平臺(tái)會(huì)為相應(yīng)的智能硬件分配一個(gè)虛擬設(shè)備號(hào)ID和APIKEY，當(dāng)接收來(lái)自智能硬件的數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，設(shè)備云會(huì)根據(jù)對(duì)應(yīng)的ID號(hào)和APIKEY進(jìn)行鑒權(quán)工作，從而決定是否與其建立TCP連接。第三部分是設(shè)備云與控制端的數(shù)據(jù)通信，同樣在控制端輸入由設(shè)備云分配的ID號(hào)和APIKEY，通過(guò)相應(yīng)的協(xié)議與其建立TCP連接，從而將控制命令發(fā)送到云端，數(shù)據(jù)在上位機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，用戶可遠(yuǎn)程監(jiān)視數(shù)據(jù)，最終到達(dá)智能硬件系統(tǒng)?？傮w設(shè)計(jì)方案框圖如圖4.2所示：

上位機(jī)界面設(shè)計(jì)如圖4.3所示：

5 結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)研究了智能硬件設(shè)備接入設(shè)備云平臺(tái)（ OneNet） 的方法，實(shí)現(xiàn)了終端數(shù)據(jù)上傳到設(shè)備云平臺(tái)的通信方式設(shè)計(jì)方案，給出了設(shè)備云平臺(tái)具體的通信方式、通信協(xié)議的選擇方法和數(shù)據(jù)打包上傳流程，實(shí)現(xiàn)了智能硬件的數(shù)據(jù)在云平臺(tái)上的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)在上位機(jī)的實(shí)時(shí)顯示。整個(gè)系統(tǒng)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用與帶給用戶的便利進(jìn)行介紹，對(duì)于如何進(jìn)行遠(yuǎn)程移動(dòng)端的控制作了介紹，其實(shí)現(xiàn)方法與智能硬件接入設(shè)備云類似。

參考文獻(xiàn)

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