程亞維

（濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 濟(jì)源 459000）

1 引言

在社會(huì)發(fā)展的最新階段，物聯(lián)網(wǎng)是這一時(shí)代背景下的核心產(chǎn)物與關(guān)鍵構(gòu)成部分。通過物聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的實(shí)物與互聯(lián)網(wǎng)的銜接，即通過網(wǎng)絡(luò)終端對(duì)物體進(jìn)行操控。而全球經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)高速發(fā)展，也正是從物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代高速發(fā)展后開始的。繼計(jì)算機(jī)技術(shù)后，社會(huì)出現(xiàn)了第3次網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改革浪潮，各大高新企業(yè)爭先開發(fā)不同類型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，但由于傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)大多為商用系統(tǒng)，不僅設(shè)計(jì)成本高，也存在操作復(fù)雜的問題[1]。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，常用的連接方式為云技術(shù)，并搭建云服務(wù)器中轉(zhuǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)傳感器信息在小程序端的輸出[2]。為了進(jìn)一步滿足操作便捷的需求，本文將在微信小程序端進(jìn)行服務(wù)器的通信連接，使用網(wǎng)關(guān)設(shè)備在IP+端口處進(jìn)行系統(tǒng)操控，通過這一設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與便捷操作，并實(shí)現(xiàn)對(duì)云程序的有效開發(fā)。

2 硬件設(shè)計(jì)

為了確保本文設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃[3]，見圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件框架

據(jù)圖1可知，供電電源為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心硬件，主要負(fù)責(zé)為系統(tǒng)的運(yùn)行提供穩(wěn)定持續(xù)的電流與電壓，為了避免電壓過高影響到系統(tǒng)運(yùn)行，在實(shí)際應(yīng)用中，可采用外接電源適配設(shè)備的方式，將220.0 V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?2.0 V直流供電電壓。并將電壓通過定制芯片，以5.0 V或3.3 V直流電壓的方式進(jìn)行輸出。

通信設(shè)備中含有邏輯控制芯片（AVR芯片），其中ESPEWWORK-01為通信處理芯片，負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)終端的預(yù)定功率。其運(yùn)行主要是在本地邏輯控制器的處理下完成。

傳感器也屬于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)感知周圍環(huán)境的變化、讀取數(shù)據(jù)。并將讀取的數(shù)據(jù)按照某種既定結(jié)構(gòu)傳輸?shù)较到y(tǒng)前端，在完成I/O的轉(zhuǎn)換后，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度、濕度等相關(guān)數(shù)據(jù)在執(zhí)行端的輸出。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 基于微信小程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)云端響應(yīng)函數(shù)

在完成對(duì)本文物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)微信小程序，進(jìn)行系統(tǒng)云端響應(yīng)函數(shù)的設(shè)計(jì)。考慮到微信小程序在常規(guī)情況下，是在客戶端運(yùn)行的，因此在建立小程序與系統(tǒng)之間的鏈接時(shí)，需要將程序中的內(nèi)容與功能調(diào)用并集成在API中。在此基礎(chǔ)上，連接外網(wǎng)設(shè)備，通過調(diào)用域名與前端IP地址，進(jìn)行云端程序服務(wù)的響應(yīng)。對(duì)此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件前，需要設(shè)計(jì)響應(yīng)函數(shù)，以此調(diào)用前端微信小程序，使兩者在某種意義上建立真正的通信連接。

由于本文設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)支持終端個(gè)人用戶使用，因此在進(jìn)行通信連接中，可直接使用Internet進(jìn)行小程序通信[4]。在小程序端，也可直接通過某種硬件配置，調(diào)用域名及相關(guān)域值，從而在HTTPS與EWSS端進(jìn)行協(xié)議調(diào)度。并在通過協(xié)議處理后，進(jìn)行云端自建服務(wù)器的感知與訪問，或直接將接口信息整合到云端響應(yīng)函數(shù)中，通過此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)自建服務(wù)器與前端微信小程序之間的良好通信與響應(yīng)。綜合上述分析，在建立云端微信小程序時(shí)，可采用lamp框架結(jié)構(gòu)，對(duì)終端數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理，并在Web應(yīng)用中，按照數(shù)據(jù)長連接的方式，發(fā)送連接請(qǐng)求。在小程序云空間中調(diào)動(dòng)云函數(shù)，進(jìn)行API調(diào)用。在此過程中，調(diào)用函數(shù)表達(dá)式如下。

公式（1）中：accountList表示為云端調(diào)用清單；γ表示為異步信息；i表示為調(diào)用行為發(fā)生的迭代次數(shù)；n表示為調(diào)用信息量。根據(jù)上述計(jì)算公式，在微信小程序中執(zhí)行信息調(diào)用行為，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中傳感器信息的有效獲取。

3.2 融合數(shù)據(jù)庫規(guī)劃系統(tǒng)運(yùn)行流程

在完成對(duì)系統(tǒng)云端響應(yīng)函數(shù)的設(shè)計(jì)后，需要持續(xù)將調(diào)用的數(shù)據(jù)與前端數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行需求，可采用構(gòu)建SQL Server數(shù)據(jù)庫的方式，進(jìn)行終端數(shù)據(jù)信息與小程序前端用戶信息的管理。以前端信息為例，在系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表格。

在系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中除主鍵外，所有內(nèi)容均以varchar（n）進(jìn)行定義，以便于后期對(duì)數(shù)據(jù)庫中表格內(nèi)容進(jìn)行修改。在完成對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建后，融合數(shù)據(jù)庫對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程進(jìn)行規(guī)劃。

圖2為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟件程序運(yùn)行流程，在完成對(duì)系統(tǒng)軟件流程的規(guī)劃后，在services中進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的封裝處理，包括對(duì)系統(tǒng)內(nèi)小程序信息的增加、刪除、修改、查詢等。調(diào)用數(shù)據(jù)庫運(yùn)行系統(tǒng)的流程如下：使用db.程序（insert），執(zhí)行數(shù)據(jù)插入指令，在表格內(nèi)插入一條數(shù)據(jù)信息；使用db.程序（delete），執(zhí)行數(shù)據(jù)刪除指令，在表格內(nèi)刪除一條指令。以此種方式，完成對(duì)系統(tǒng)內(nèi)信息的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)。

圖2 系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程

4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

上文從硬件與軟件兩個(gè)方面，完成了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)，為了證明設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其中小程序功能具備一定實(shí)用性，本文提出黑盒與白盒測試方式，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行檢測。

在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，由計(jì)算機(jī)終端輸入系統(tǒng)測試指令：將系統(tǒng)中的傳感器與本機(jī)主控板與計(jì)算機(jī)通信接口，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化連接，打開電源需對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行恒流供電。此時(shí)，系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，在此種條件下，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行異常干擾，包括切斷電路、關(guān)閉燈光等。當(dāng)系統(tǒng)傳感器感應(yīng)到區(qū)域發(fā)生異常變化后，系統(tǒng)周圍環(huán)境的變化將通過傳感器對(duì)區(qū)域進(jìn)行異常檢測與信息傳遞，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)檢測到對(duì)環(huán)境的識(shí)別無誤后，終端可將字符串以二進(jìn)位制數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行傳輸，此時(shí)計(jì)算機(jī)前端將發(fā)生感應(yīng)，即用戶端的小程序?qū)⑹盏较到y(tǒng)檢測的異常提醒。每順利執(zhí)行一次上述提出行為，便可認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)完成或通過一次檢測。

上文提出的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)檢測測試內(nèi)容屬于黑盒測試內(nèi)容，當(dāng)完成對(duì)此方面的測試后，用戶端點(diǎn)擊小程序，在程序后臺(tái)添加指令，完成對(duì)指令的添加行為后返回主界面，退出微信小程序，等待物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是否能持續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)。以此作為此次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的流程，并使用傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，按照上文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)操作，執(zhí)行相同的實(shí)驗(yàn)操作行為，對(duì)比本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)是否能順利完成檢測。此外，可在上述相關(guān)測試的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)硬盤的串口通信能力進(jìn)行測試，即向物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)輸入某種指令，退出系統(tǒng)后，其終端能否接收到指令與信息，并按照?qǐng)?zhí)行標(biāo)準(zhǔn)完成操作指令。

在完成對(duì)實(shí)驗(yàn)中相關(guān)工作的規(guī)劃與布局后，實(shí)施此次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)后，調(diào)度物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)后臺(tái)的日志與數(shù)據(jù)，檢測其是否完成指令行為。整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見表1。

表1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能對(duì)比結(jié)果

根據(jù)上文實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行中可達(dá)到預(yù)計(jì)效果，而傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，存在微信小程序界面運(yùn)行卡頓、終端記錄丟失等問題，這些問題均代表了傳統(tǒng)系統(tǒng)的功能不完善。因此，在完成此次對(duì)比實(shí)驗(yàn)后，得出最終結(jié)論：相比傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的基于微信小程序的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，功能更加完善，可滿足投入市場使用需求。

5 結(jié)語

本文開展了基于微信小程序的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用研究，并通過設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式，證明了相比傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的基于微信小程序的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，功能更加完善，可滿足投入市場使用需求，且規(guī)避了傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的不足。因此，可在后期的相關(guān)研究中，嘗試將本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行投放市場應(yīng)用，在實(shí)踐應(yīng)用中，掌握系統(tǒng)運(yùn)行存在的不足，解決物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)存在的多種問題。