基于窄帶物聯網的云平臺無線數據采集控制系統設計與實現

夏傳克　王鴻磊　殷智浩

摘要：現有無線數據監控系統往往存在信號弱、傳輸距離短、反控難等諸多問題，為了解決這些問題我們設計了一套基于窄帶物聯網的云平臺無線數據采集控制系統。該系統分為兩個部分：1）GPS定位采集設備及可擴展模塊;2）移動終端數據監測及控制系統。GPS定位擴展模塊可以實時定位設備位置。移動終端的檢測及控制系統負責采集實時環境數據并顯示車輛位置、描繪行駛路徑并且下發命令控制繼電器工作等。該系統成本較低，運行效果良好，具有較好的實際應用價值。

關鍵詞：NB-IoT;精確定位;無線監控;云平臺

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）25-0290-03

Abstract： Existing wireless data monitoring systems often have many problems， such as weak signal， short transmission distance， and difficulty in reverse control. In order to solve these problems， we designed a set of cloud platform wireless data acquisition and control system based on narrow-band Internet of things.The system is divided into two parts： 1） GPS positioning acquisition equipment and expandable module， and 2） mobile terminal data monitoring and control system.The GPS positioning extension module can locate the position of the device in real time.The detection and control system of the mobile terminal is responsible for processing and displaying the position of the vehicle， mapping the travel path and issuing the command and control relay work.The system has low cost， good operation effect and good practical application value.

Key words： nb-iot;Precise positioning; wireless monitoring; Cloud platform

本設計研究的是基于窄帶物聯網的云平臺無線數據采集運輸車輛內部、外部環境和運行狀態問題，采集環境物理參數[2，4]，實時反饋車輛的地理位置[5]，進而做到環境數據過程的透明化。

1系統整體架構設計

基于窄帶物聯網的云平臺無線數據采集系統是一種將硬件與軟件、傳感器和客戶端相結合的綜合性系統。系統主要分為兩個部分，環境監測采集數據，和移動終端數據監測系統。本系統通過傳感器模塊采集數據，輸送到云平臺上進行數據處理，并實現實時定位、顯示路線、報警、控制繼電器進行供暖、補光、降溫功能。

2 基于NB-IoT的擴展板模塊設計

無線數據采集控制通過傳感器采集到的數據上傳到云平臺，通過制作的Profile和編解碼插件進行數據的上傳、處理、分析、存儲記錄。

2.1 基于NB-IoT的GPS定位設計

GPS可以為地球表面絕大部分地區（98%）提供準確的定位、測速和高精度的時間標準[1]。但由于定位精度不夠精確，用戶終端接收GPS傳過來的定位信息并對信息進行算法優化，本設計主要通過以下的公式來進行精度的優化：

2.2 基于NB-IoT的數據傳輸功能設計

窄帶物聯網的云平臺無線數據采集系統通過傳感器模塊采集數據，輸送到云平臺上進行數據處理，后通過程序設計進行數據顯示，并通過手機APP下發命令實現繼電器控制設備功能，數據上傳與接收流程圖如圖2所示：

3 OceanConnect開發者平臺搭建

IOT管理平臺的功能主要是提供對各種傳感器、SIM卡的數據采集、管理功能，同時可以把數據開放給第三方應用系統[3]。設備使用的是NB的BC35的模組，使用的CoAP通過NB模組將數據上傳到華為的OceanConnect云平臺。云平臺搭建流程如下：Profile制作——新增產品——新增屬性——新增命令——制作編解碼插件——新增數據上報、命令下發消息——建立映射關系。

OceanConnect開發者平臺通過制作的插件接受下位機上傳的傳感器及擴展模塊采集到數據信息，并且通過制作的插件來解析從而進行數據的實時顯示，并且還可以查看通過手機APP對下位機下發命令的數據，從而控制繼電器進行工作。

4上位機數據顯示與控制程序設計與實現

手機APP通過申請的華為云平臺的遠程實驗室Ocean Connect的平臺通過填入設備對接地址、應用對接端口、APPID、密鑰來進行登錄從而從云平臺獲取下位機傳感器采集到的數據。

手機APP點擊下發命令按鈕通過調用云平臺接口發送給云平臺，通過云平臺向設備下發命令到下位機，從而開始控制繼電器進行工作，從而達到補光、降溫、供暖等功能的實現。

5系統總體功能測試

5.1 云平臺功能測試

OceanConnect開發者平臺通過CoAP協議來接受下位機上傳的傳感器及擴展模塊采集到數據信息，并且通過制作的插件來解析從而進行數據的實時顯示，并且還可以查看通過手機APP對下位機下發命令的數據。

OceanConnect開發者平臺接收到下位機上傳的溫度、濕度、光照強度、煙霧濃度以及經緯度信息顯示，如圖3所示：

5.2 手機APP功能測試

手機APP登錄后，點擊命令下發可以下發命令，雙擊界面可以查看歷史數據，點擊GPS設備的查詢當前位置就能夠定位自己的位置。手機APP獲取傳感器的數據顯示、命令的下發以及GPS定位等信息如圖4所示：

6總結

本設計可以應用于信息融合技術的城市環境監測與預警等多個方面，有效的解決環境數據采集和控制等方面的常見的問題，對于NB-IoT的運用有一定的指導作用。系統整體分為兩個部分：1）GPS定位采集擴展模塊和WIFI擴展模塊;2）移動終端數據監測及控制系統。實現了對環境的監測和控制以及車輛位置的經緯度和命令下發信息的存儲查詢，實現了對無線數據采集和控制的自動化管理。相較于其他系統本系統有以下優勢：

1）系統的數據存儲方面使用華為的云平臺進行存儲數據安全性較高，同時系統能夠將數據實時傳遞給用戶。

2）實時顯示數據并可以查看歷史數據同時以百度地圖顯示定位信息，系統更加直觀便捷。

3）自定義警戒值和數據存儲，可以讓用戶使用更加方便。

參考文獻：

[1] 陳筱，劉麗，劉摯.基于實時定位報警系統的校園一卡通問題[J].信息與電腦（理論版），2018（5）：117-118.

[2] 全權，王帥.詳解機器人基礎入門知識[J].機器人產業，2018（3）：69-81.

[3] 皮和平.關于中國電信物聯網的部署策略的探討[J].移動通信，2017，41（6）：24-27+34.

[4] 錢涵佳，王宜懷，彭濤，等.輕量級窄帶物聯網應用系統中高效可驗證加密方案[J].計算機研究與發展，2019，56（5）：1112-1122.

[5] 聶健波，呂潔印，周受欽，等.基于低軌衛星和窄帶物聯網的智能冷鏈運輸終端系統[J].計算機系統應用，2019，28（4）：119-124.

【通聯編輯：唐一東】