基于OneNET物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園監(jiān)控系統(tǒng)

趙陽(yáng) 謝成杰 曾祥林 程家宜 吳清華

摘 要：基于OneNET物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園監(jiān)控系統(tǒng)，主要針對(duì)高校校園環(huán)境管理與反饋控制方案，利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)等手段，以校園場(chǎng)所為基礎(chǔ)單元，通過(guò)接入中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)有限公司OneNET平臺(tái)，設(shè)計(jì)出以STM32單片機(jī)為主控制器，使用GSM和WiFi技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園環(huán)境的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，收集校園各個(gè)場(chǎng)所實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、光照強(qiáng)度等）;教學(xué)固定資產(chǎn)定位;通過(guò)實(shí)現(xiàn)車牌識(shí)別功能建立校內(nèi)行車記錄系統(tǒng)。為師生提供高效、智能的信息化服務(wù)，打造數(shù)字化校園。

關(guān)鍵詞：OneNET云平臺(tái);環(huán)境監(jiān)測(cè);車牌識(shí)別

1 引言

智慧校園監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)學(xué)校信息化建設(shè)的重要手段，通過(guò)信息化手段，傳感器檢測(cè)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)接入方式，將校園各個(gè)場(chǎng)景的資源、管理及服務(wù)流程數(shù)字化，搭建校園的數(shù)字環(huán)境，使校園環(huán)境數(shù)據(jù)憑借物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)手段，在時(shí)間和空間上延伸[1]。OneNET智慧校園監(jiān)控系統(tǒng)旨在用層次化、整體化、戰(zhàn)略化的觀點(diǎn)來(lái)規(guī)劃校園信息化建設(shè)，將校園內(nèi)數(shù)據(jù)信息更好的整合、分類，讓師生便捷地找到需要的信息，讓管理人員科學(xué)、規(guī)范地管理校園，并且將這些信息準(zhǔn)確地發(fā)布至平臺(tái)，為老師、學(xué)生、工作人員提供便捷服務(wù)。

2 系統(tǒng)解決方案

本文基于中移物聯(lián)網(wǎng)OneNET云平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，硬件處理器型號(hào)為STM32F103RET6單片機(jī)，采用兩種通信方案來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與云平臺(tái)端的數(shù)據(jù)相互傳輸，第一種方式采用2G M6312作為通信模組，第二種方式采用ESP8266-S1作為WiFi通信模式;數(shù)字SHT20溫濕度傳感器用于檢測(cè)設(shè)備環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)[2]，ADXL362的三軸MEMS加速度傳感器，檢測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)傾斜角度數(shù)據(jù);根據(jù)校園自動(dòng)停車系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，采用STM32為主控芯片，OV7670攝像頭模組為圖像采集，TFT顯示屏實(shí)時(shí)顯示，進(jìn)而讓校園場(chǎng)景狀況與OneNET實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

2.1 電源解決方案

電源接口電路采用兩個(gè)穩(wěn)壓芯片，MIC29302為大電流低電壓穩(wěn)壓器，允許通過(guò)最大電流3A，電壓輸入范圍是4-16V，輸入電壓經(jīng)過(guò)U2大電流低電壓穩(wěn)壓芯片降壓穩(wěn)壓后，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的4.1V電源輸出，用于GSM模塊狀態(tài)指示燈供電[3];U1采用AMS1117 3.3V穩(wěn)壓芯片，為ESP8266模塊和GSM模塊提供電源，D1處采用SMBJ 5.0A二極管，避免外部直流電源因極性反接短路，F(xiàn)1為負(fù)載大小為6V/500mA的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。

2.2 通訊協(xié)議解決方案

在智慧校園監(jiān)控系統(tǒng)中，終端設(shè)備組成監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)MQTT協(xié)議將每個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流上傳至OneNET云平臺(tái)，MQTT協(xié)議是面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的即時(shí)通信協(xié)議，使用TCP/IP提供網(wǎng)絡(luò)連接，能夠?qū)ω?fù)載內(nèi)容實(shí)現(xiàn)消息屏蔽傳輸，開(kāi)銷小，有效降低網(wǎng)絡(luò)流量;適用設(shè)備和平臺(tái)需要保持長(zhǎng)連接的場(chǎng)景使用，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的消息單播以及組播，實(shí)現(xiàn)設(shè)備以應(yīng)用服務(wù)器的方式對(duì)真實(shí)設(shè)備進(jìn)行管理和控制。

2.3 傳感器解決方案

溫濕度傳感器采用SHT20型號(hào)，該傳感器與單片機(jī)之間采用I2C通信方式，在初始化傳感器之后、對(duì)傳感器進(jìn)行設(shè)備在線檢查、設(shè)備復(fù)位讀取用戶寄存器、檢查數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、測(cè)量溫濕度、實(shí)現(xiàn)溫濕度計(jì)算[4];加速度傳感器為3軸MEMS加速度計(jì)ADXL362，采用SPI通信方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.4 車牌識(shí)別解決方案

車牌識(shí)別部分程序采用OV7670攝像頭和STM32F103RCT6主處理器，系統(tǒng)開(kāi)啟后，攝像頭開(kāi)始采集視野內(nèi)的圖像，通過(guò)倒計(jì)時(shí)的方式為車牌進(jìn)入合適視角，倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，攝像頭開(kāi)啟中斷方式獲取最后停留的圖片畫面，自適應(yīng)上下界限對(duì)車牌大小進(jìn)行框定，然后進(jìn)行顏色閾值劃分，確定車牌藍(lán)色所處范圍，對(duì)框定的區(qū)域進(jìn)行二值化處理，字符串分割，按照像素點(diǎn)比對(duì)，與定義的模板進(jìn)行匹配，輸出匹配后的結(jié)果。

2.5 位置定位能力解決方案

使用的定位方式為OneNET LBS位置能力，是一種通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)完成定位的方式，為用戶提供高效、準(zhǔn)確的定位服務(wù)，目前支持基站定位服務(wù)和WiFi定位服務(wù);在基站定位服務(wù)下，能夠基于基站信息的定位服務(wù)，覆蓋三大運(yùn)營(yíng)商的2G/3G/4G基站信息，通過(guò)數(shù)據(jù)流上傳方式，實(shí)現(xiàn)經(jīng)緯度信息快速獲取。WiFi定位能力是與周圍熱點(diǎn)為參考，將IP地址進(jìn)行解析鎖定，為開(kāi)發(fā)者提供高精度的室內(nèi)定位服務(wù)。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1云平臺(tái)的搭建

OneNET物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)開(kāi)發(fā)者分為個(gè)人用戶和企業(yè)用戶，開(kāi)發(fā)的基本操作流程分為：平臺(tái)用戶注冊(cè)→項(xiàng)目創(chuàng)建→設(shè)備接入→應(yīng)用開(kāi)發(fā)→上線發(fā)布[5]。用戶注冊(cè)時(shí)需要登錄中移物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)https：//open.iot.10086.cn，注冊(cè)個(gè)人開(kāi)發(fā)者用戶，創(chuàng)建個(gè)人開(kāi)發(fā)者中心功能后，選擇需要采用的接入?yún)f(xié)議，操作系統(tǒng)選擇底層硬件設(shè)備類型，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可供選擇，平臺(tái)在設(shè)備添加設(shè)備時(shí)可以采用單臺(tái)添加和批量添加，定制個(gè)人鑒權(quán)信息，選擇設(shè)備為公開(kāi)或私有，添加APIkey、記錄設(shè)備ID、APIkey、鑒權(quán)信息、產(chǎn)品ID;將以上信息修改至移植配網(wǎng)模板。

3.2云平臺(tái)應(yīng)用可視化界面創(chuàng)建

根據(jù)每個(gè)用戶的設(shè)計(jì)需求，平臺(tái)針對(duì)項(xiàng)目種類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用戶使用頻率較高的組件進(jìn)行拓展，設(shè)計(jì)出了上層的WEB應(yīng)用程序，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備終端上傳的數(shù)據(jù)流，以及用戶對(duì)設(shè)備端的開(kāi)關(guān)控制。數(shù)據(jù)終端和遠(yuǎn)端控制界面綜合在一起，實(shí)時(shí)展示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流，同時(shí)還可以對(duì)環(huán)境設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)校園環(huán)境指標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)形成閉環(huán)回路。如圖1所示。

4? 結(jié)論與展望

系統(tǒng)整體框架可以達(dá)到監(jiān)控的效果，能夠滿足基本的控制要求;硬件設(shè)備終端主要完成校園環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，采集之后的數(shù)據(jù)首先上傳至云服務(wù)器，在WEB界面可以實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，同時(shí)手機(jī)APP端也可以查看實(shí)時(shí)采集結(jié)果、圖表化顯示、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)置報(bào)警閾值，同時(shí)設(shè)計(jì)GSM和WIFI兩種網(wǎng)絡(luò)接入方式，滿足不同信號(hào)場(chǎng)景的需求，保證設(shè)備終端在節(jié)點(diǎn)部署時(shí)的實(shí)時(shí)性、快捷性的特點(diǎn)。

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