賈志強 晏濤 吳俊林 劉小雪

摘 要 針對移動終端與智能硬件遠程組網(wǎng)中，對智能硬件的結(jié)構(gòu)要求復(fù)雜程度高，服務(wù)器程序設(shè)計復(fù)雜及專用服務(wù)器使用費高等問題，設(shè)計3種以STM32單片機為控制核心，結(jié)合傳感器技術(shù)，集多種控制功能于一體，包括汽車試驗時轉(zhuǎn)速、扭矩信息設(shè)計適用的移動終端界面，對汽車測試數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)視。上位機選用中國移動物聯(lián)網(wǎng)開放平臺—OneNet設(shè)備云服務(wù)器，構(gòu)建出智能硬件接入OneNet，實現(xiàn)遠程監(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，OneNet平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和存儲，從而實現(xiàn)由移動控制端—云平臺—智能硬件設(shè)備組成的遠程監(jiān)視物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)在移動終端遠程監(jiān)控的同時，還可在云平臺實時監(jiān)測智能硬件終端數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

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

前言

智能硬件是在傳統(tǒng)硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上進行改造之后，通過軟件和硬件相結(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，需要一個通信平臺支撐。那么一個基于STM32單片機為控制核心，結(jié)合傳感器技術(shù)采集汽車試驗時轉(zhuǎn)速、扭矩信息，設(shè)計適用的移動終端界面，客戶能夠?qū)ζ嚋y試數(shù)據(jù)在上位機上進行遠程監(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)計在汽車行業(yè)中的應(yīng)用主要是以STM32單片機為控制核心，結(jié)合傳感器技術(shù)，集多種控制功能于一體，包括汽車試驗時轉(zhuǎn)速、扭矩信息設(shè)計適用的移動終端界面，對汽車測試數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)視系統(tǒng)。本系統(tǒng)在整個汽車產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)中都非常的必要，顧客可不用親身去到汽車試驗中心，在家即可遠程監(jiān)視試驗數(shù)據(jù)，了解汽車性能，給客戶帶來了極大的便利。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，無論是機械類產(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)品缺乏與人的互動與交流。而智能硬件是伴隨著計算機與傳感器技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，它們可以與人類進行充分的交流，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)品中加入計算機“大腦”，通過軟件來控制硬件。智能硬件通過軟硬件結(jié)合，對傳統(tǒng)的設(shè)備進行改造，進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施不同的控制，它們使用起來更自然，從而能夠根本地改變?nèi)伺c技術(shù)的交互方式。本設(shè)計以STM32單片機為控制核心，通過無線傳輸模塊實現(xiàn)上位機與下位機之間的通訊，傳感器采集汽車的扭矩信號、轉(zhuǎn)速信號等，將采集到的數(shù)據(jù)通過TCP協(xié)議實現(xiàn)上位機與下位機的數(shù)據(jù)同步，并在上位機進行實時顯示[2]。

3 OneNet設(shè)備云平臺架構(gòu)

隨著物聯(lián)網(wǎng)大潮的到來，國內(nèi)外多家運營商相繼推出了自己云平臺，服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，基于此，本設(shè)計提出了智能硬件接入中國物聯(lián)網(wǎng)開放平臺——OneNet設(shè)備云的研究方案，此平臺面向所有硬件終端系統(tǒng)開放，是一款免費的平臺。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)特點打造的開放平臺和生態(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、數(shù)據(jù)安全、大數(shù)據(jù)分析等平臺級服務(wù)要求。OneNet搭建了一個云存儲服務(wù)中心，專門用來解決數(shù)據(jù)接入之后的數(shù)據(jù)存儲問題，這個存儲中心具有高并發(fā)、大存儲、擴展性強的優(yōu)點。對于傳感器數(shù)據(jù)的存儲，通常需要多個服務(wù)組建共同來完成。因此本研究方案采用OneNet是最佳選擇?；?OneNet 的遠程控制端可以是智能移動終端（手機、PAD等），也可以是個人PC機，只要可以與設(shè)備云平臺建立網(wǎng)絡(luò)連接，皆可作為遠程控制端。

4 智能硬件接入設(shè)備云平臺總體設(shè)計方案

設(shè)備云作為平臺的平臺，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)工具為各個業(yè)務(wù)平臺提供接入、存儲、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在實際應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)層次如圖4. 1所示：

本設(shè)計方案提出的將智能硬件接入設(shè)備云平臺從而實現(xiàn)遠程控制的步驟大致可分為三個部分：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)議將其進行打包，進而通過網(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，所以在終端對數(shù)據(jù)進行打包上傳時可選擇合適的通信協(xié)議。第二部分是智能硬件接入設(shè)備云需要注冊個人或企業(yè)賬號，憑借賬號登錄云平臺，為自己的項目及設(shè)備申請ID號，經(jīng)過一系列操作之后，設(shè)備云平臺會為相應(yīng)的智能硬件分配一個虛擬設(shè)備號ID和APIKEY，當(dāng)接收來自智能硬件的數(shù)據(jù)請求時，設(shè)備云會根據(jù)對應(yīng)的ID號和APIKEY進行鑒權(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號和APIKEY，通過相應(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)在上位機上進行實時顯示，用戶可遠程監(jiān)視數(shù)據(jù)，最終到達智能硬件系統(tǒng)。總體設(shè)計方案框圖如圖4.2所示：

上位機界面設(shè)計如圖4.3所示：

5 結(jié)束語

本文重點研究了智能硬件設(shè)備接入設(shè)備云平臺（ OneNet） 的方法，實現(xiàn)了終端數(shù)據(jù)上傳到設(shè)備云平臺的通信方式設(shè)計方案，給出了設(shè)備云平臺具體的通信方式、通信協(xié)議的選擇方法和數(shù)據(jù)打包上傳流程，實現(xiàn)了智能硬件的數(shù)據(jù)在云平臺上的存儲與轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)在上位機的實時顯示。整個系統(tǒng)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用與帶給用戶的便利進行介紹，對于如何進行遠程移動端的控制作了介紹，其實現(xiàn)方法與智能硬件接入設(shè)備云類似。

參考文獻

[1] 馬鑫，黃全義，劉全義，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測方法[J].清華大學(xué)學(xué)報，2012，52（11）：1584-1590.

[2] 侯琛，趙千川，李海濤，等.物聯(lián)網(wǎng)中的嵌入式終端[J].電子測量技術(shù)，2014，37（10）：113-117.