基于窄帶物聯網應用架構的溫濕度控制系統設計與應用

陳清毅

（云南大學 軟件學院，云南 昆明 650504）

在現階段，物聯網已經從人和物體的連接拓展到物與物之間的連接，從而形成信息交流、共享、相互控制等。在現代化社會的建設過程中，物聯網技術在智慧城市中廣泛應用。截止到2020年，全球將有160萬億的物聯網終端連接到一個大的物聯網系統中。窄帶物聯網正是實現這一美好愿景的關鍵技術之一[1]。

1 窄帶物聯網系統架構

1.1 系統組網

在各行業中所構建起來的窄帶物聯網技術平臺，都擁有完整的網絡架構，由此確保實現物物之間的有效連接。整個窄帶物聯網系統架構是由垂直行業中心、云平臺、核心網、基站以及下行的物聯網終端組成的[2]。首先，構建一個開放、包容的云平臺，將一些垂直行業中心都容納進來，根據窄帶物聯網的關鍵技術所構建的窄帶物聯網核心網，以物聯網基站為媒介，實現下行窄帶物聯網終端和核心網之間的信息傳遞，達到智能控制管理的效果。oceanconnect正是采用各大運營商架設的線性能量傳遞（Linear Energy Transfer，LET）基站，支持獨立部署、保護帶部署以及帶內部署等多種云部署方式，提供了更加靈活的云服務能力[3]。

1.2 核心網架構

核心網算是窄帶物聯網系統的中心所在，所有的數據都要經過該網絡架構實現傳送[4]。一般情況下核心網架構有兩種類型，一種是基于CLOT EPS控制面功能方案；另一種是CLOT EPS用戶面功能方案。前者是窄帶物聯網系統應用的必備方案，后者則是可選和優化方案。將兩者協同起來，構建起來的多主體優化方案能夠為整個核心網架構提供智能化、多樣化的幫助。oceanconnect構建起的生態開放架構，將兩者都容納進去了。

1.3 接入網架構

無線接入網站基站主要是通過基站接口接入物聯網終端信息和數據[5]，多個基站之間同樣實現接口連接，當用戶設備出現空閑狀態后，基站之間的接口會通過用戶設備（User Equipment，UE）快速啟動無線資源控制連接恢復流程，使得基站之間構建連接關系。可以說，窄帶物聯網接入網實現了垂直開放連接和水平開放連接。

2 窄帶物聯網應用架構的溫濕度控制系統設計

從理論上來看，窄帶物聯網系統架構可以完成各行業的智能控制系統，但是在實際應用中，會存在不定性因素，導致其可靠性和穩定性受影響。因此下文主要展開對窄帶物聯網應用實現溫濕度控制系統的設計應用測試。溫濕度控制系統在現代工農業生產以及日常生活中發揮著重要的作用，能起到節約資源的作用[6]。在原理上是將其控制在一個恒定的溫度中，若是采用合適的軟硬件進行優化設計，則能夠將溫度量轉化為一個具有更高可讀性的數字量。傳統的溫濕度控制系統具有難以構建精準數字模型、控制精度不高等問題。而窄帶物聯網在軟硬件上的系統架構設計，在一定程度上能夠保障終端控制器在數據采集以及處理上的及時和準確性，同時還能夠利用窄帶物聯網在低速率方面的優勢，確保整個控制系統能夠保障全時性的溫濕度監測和控制。

2.1 溫濕度控制系統終端設計

（1）溫濕度采集模塊設計。溫濕度數據采集是系統硬件所在，需要全時性的數據監測以及收集，因此在設計中采用的是溫濕度DHT11，具有微功耗、高可靠、高準確度等特點，供電電壓為3.0～3.5 V。當傳感器通電，等待1 s越過不穩定狀態后，就能夠隨著外部溫度的動態變化而產生電壓變化，通過確認轉換電路和信號檢測為相對變化的電壓，之后將代表著溫濕度變化情況的模擬電壓信號轉變為單片機能夠接收的數字信號。

（2）窄帶物聯網通信模塊設計。通信模塊是確保數字信號接收、傳輸具有及時性、準確性的功能模塊。采用高性能、低功耗的通用無線分組服務（General Packet Radio Service，GPRS）模塊R518芯片，該芯片工作電壓為3.4～4.2 V，系統電壓為3.9 V，在長期工作狀態中，系統輸入的電壓會逐漸降低，通信模塊采用并聯電容以及濾波電容的方式，確保整個芯片電壓能夠保持在3.4 V以上。

2.2 溫濕度控制系統主控制器軟件設計

溫濕度控制器軟件設計是自主智能完成對外感知溫濕度變化，并且控制溫濕度達到既定效果的主要程序。通過啟動電源模塊、溫濕度數據采集模塊、通信模塊等，設置整個系統模塊的啟動時間為1 s，當時間到了，則打開通信模塊進行數據采集，均值濾波采樣值，計算溫濕度值，數據組合發送到通信模塊，通信模塊接收并將其處理成為系統可讀的數據模式，最后進行溫濕度的數據解讀，由此完成一整個溫濕度的控制管理。在oceanconnect溫濕度控制系統設計中，讓溫濕度采集終端設備能夠快速接入到系統中，并且將采集到的數據快速傳送到基礎平臺，確保溫濕度控制系統所在的行業領域能夠根據數據變化情況展開下一步的工作計劃。

3 結語

相較于傳統物聯網系統架構，窄帶物聯網系統架構是基于4GLET演進而成的分組核心網網絡架構，在系統組網、核心網、接入網架構方面都具有應用優勢。基于窄帶物聯網應用架構的溫濕度控制系統是在這一系統架構的基礎上，開發出溫濕度控制產品和項目，完成溫濕度的數據采集、數據共享連接以及數據處理等相關作業的。可以說，經過測試實踐的窄帶物聯網溫濕度控制系統具有溫濕度控制效率高、控制準確等優勢。因此在未來，窄帶物聯網在不斷優化自身應用架構的基礎上拓展業務范圍，為社會進步帶來更多的創新幫助。