基于OneNET物聯網的智慧校園監控系統

趙陽 謝成杰 曾祥林 程家宜 吳清華

摘 要：基于OneNET物聯網的智慧校園監控系統，主要針對高校校園環境管理與反饋控制方案，利用網絡通訊技術、傳感器技術等手段，以校園場所為基礎單元，通過接入中國移動物聯網有限公司OneNET平臺，設計出以STM32單片機為主控制器，使用GSM和WiFi技術，實現對校園環境的實時遠程監測，收集校園各個場所實時數據（環境溫度、環境濕度、光照強度等）;教學固定資產定位;通過實現車牌識別功能建立校內行車記錄系統。為師生提供高效、智能的信息化服務，打造數字化校園。

關鍵詞：OneNET云平臺;環境監測;車牌識別

1 引言

智慧校園監控系統是實現學校信息化建設的重要手段，通過信息化手段，傳感器檢測技術，物聯網接入方式，將校園各個場景的資源、管理及服務流程數字化，搭建校園的數字環境，使校園環境數據憑借物聯網信息技術手段，在時間和空間上延伸[1]。OneNET智慧校園監控系統旨在用層次化、整體化、戰略化的觀點來規劃校園信息化建設，將校園內數據信息更好的整合、分類，讓師生便捷地找到需要的信息，讓管理人員科學、規范地管理校園，并且將這些信息準確地發布至平臺，為老師、學生、工作人員提供便捷服務。

2 系統解決方案

本文基于中移物聯網OneNET云平臺設計實現，硬件處理器型號為STM32F103RET6單片機，采用兩種通信方案來實現設備與云平臺端的數據相互傳輸，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;數字SHT20溫濕度傳感器用于檢測設備環境的溫濕度數據[2]，ADXL362的三軸MEMS加速度傳感器，檢測設備的實時傾斜角度數據;根據校園自動停車系統進行相關設計，采用STM32為主控芯片，OV7670攝像頭模組為圖像采集，TFT顯示屏實時顯示，進而讓校園場景狀況與OneNET實現互聯互通。

2.1 電源解決方案

電源接口電路采用兩個穩壓芯片，MIC29302為大電流低電壓穩壓器，允許通過最大電流3A，電壓輸入范圍是4-16V，輸入電壓經過U2大電流低電壓穩壓芯片降壓穩壓后，轉換為穩定的4.1V電源輸出，用于GSM模塊狀態指示燈供電[3];U1采用AMS1117 3.3V穩壓芯片，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，F1為負載大小為6V/500mA的自恢復保險絲。

2.2 通訊協議解決方案

在智慧校園監控系統中，終端設備組成監測節點，通過MQTT協議將每個節點數據流上傳至OneNET云平臺，MQTT協議是面向物聯網應用的即時通信協議，使用TCP/IP提供網絡連接，能夠對負載內容實現消息屏蔽傳輸，開銷小，有效降低網絡流量;適用設備和平臺需要保持長連接的場景使用，可以實現設備間的消息單播以及組播，實現設備以應用服務器的方式對真實設備進行管理和控制。

2.3 傳感器解決方案

溫濕度傳感器采用SHT20型號，該傳感器與單片機之間采用I2C通信方式，在初始化傳感器之后、對傳感器進行設備在線檢查、設備復位讀取用戶寄存器、檢查數據準確性、測量溫濕度、實現溫濕度計算[4];加速度傳感器為3軸MEMS加速度計ADXL362，采用SPI通信方式與單片機進行數據傳輸。

2.4 車牌識別解決方案

車牌識別部分程序采用OV7670攝像頭和STM32F103RCT6主處理器，系統開啟后，攝像頭開始采集視野內的圖像，通過倒計時的方式為車牌進入合適視角，倒計時結束后，攝像頭開啟中斷方式獲取最后停留的圖片畫面，自適應上下界限對車牌大小進行框定，然后進行顏色閾值劃分，確定車牌藍色所處范圍，對框定的區域進行二值化處理，字符串分割，按照像素點比對，與定義的模板進行匹配，輸出匹配后的結果。

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，是一種通過移動互聯網完成定位的方式，為用戶提供高效、準確的定位服務，目前支持基站定位服務和WiFi定位服務;在基站定位服務下，能夠基于基站信息的定位服務，覆蓋三大運營商的2G/3G/4G基站信息，通過數據流上傳方式，實現經緯度信息快速獲取。WiFi定位能力是與周圍熱點為參考，將IP地址進行解析鎖定，為開發者提供高精度的室內定位服務。

3? 系統軟件設計

3.1云平臺的搭建

OneNET物聯網云平臺開發者分為個人用戶和企業用戶，開發的基本操作流程分為：平臺用戶注冊→項目創建→設備接入→應用開發→上線發布[5]。用戶注冊時需要登錄中移物聯網開放平臺https：//open.iot.10086.cn，注冊個人開發者用戶，創建個人開發者中心功能后，選擇需要采用的接入協議，操作系統選擇底層硬件設備類型，網絡運營商可供選擇，平臺在設備添加設備時可以采用單臺添加和批量添加，定制個人鑒權信息，選擇設備為公開或私有，添加APIkey、記錄設備ID、APIkey、鑒權信息、產品ID;將以上信息修改至移植配網模板。

3.2云平臺應用可視化界面創建

根據每個用戶的設計需求，平臺針對項目種類進行統計，用戶使用頻率較高的組件進行拓展，設計出了上層的WEB應用程序，實時動態顯示設備終端上傳的數據流，以及用戶對設備端的開關控制。數據終端和遠端控制界面綜合在一起，實時展示監控數據流，同時還可以對環境設備進行控制，實現校園環境指標監控系統形成閉環回路。如圖1所示。

4? 結論與展望

系統整體框架可以達到監控的效果，能夠滿足基本的控制要求;硬件設備終端主要完成校園環境數據的采集，采集之后的數據首先上傳至云服務器，在WEB界面可以實時更新數據，同時手機APP端也可以查看實時采集結果、圖表化顯示、歷史數據、設置報警閾值，同時設計GSM和WIFI兩種網絡接入方式，滿足不同信號場景的需求，保證設備終端在節點部署時的實時性、快捷性的特點。

參考文獻：

[1]宗平， 朱洪波， 黃剛， et al. 智慧校園設計方法的研究[J]. 南京郵電大學學報：自然科學版， 2010（04）：18-22+54.

[2]孫忠祥. 基于設備云平臺的智能農業溫室大棚遠程監控系統的實現[D].哈爾濱理工大學，2017.

[3]聶源基，高常青，楊波.基于物聯網的農業監測系統的設計[J].現代制造技術與裝備，2019（12）：38-41.

[4]李建中， 高宏. 無線傳感器網絡的研究進展[J]. 計算機研究與發展， 2008（01）：3-17.

[5]崔佳寧，陳至坤.基于OneNet云平臺的老年公寓健康監測系統[J].河北能源職業技術學院學報，2018，18（01）：67-69.