物聯(lián)網(wǎng)設計實例與設計過程

1、物聯(lián)網(wǎng)設計實例與設計過程作者：劉坤本文以項目實例為主導，來闡述物聯(lián)網(wǎng)的設計過程。此工程實例詳細說明如下:城市需要對多個端點（里面加熱，溫濕度數(shù)據(jù)）實例證明，所有信息需傳送到一個Web Service 上顯示，而這就是一個物聯(lián)網(wǎng)的設計過程。為了實現(xiàn)這個Project本系統(tǒng)設計意志就是采用傳感器和嵌入式系統(tǒng)組成主機，將采集到的數(shù)據(jù)信息通過TCP/IP協(xié)議由GPRS模塊發(fā)送到GPRS公共網(wǎng)絡。采用socket編程技術建立TCP/IP服務器，接收嵌入式主機發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)上傳到Internet。很好地實現(xiàn)了在互聯(lián)網(wǎng)基礎上通過無線網(wǎng)的聯(lián)立，構建新型物聯(lián)網(wǎng)。一、系統(tǒng)概述系統(tǒng)由以基于嵌入式為主機的數(shù)據(jù)

2、采集發(fā)送終端、移動GPRS網(wǎng)絡、公網(wǎng)固定IP（服務器）、客戶端4部分組成。系統(tǒng)的總體結構如圖1所示。圖1、系統(tǒng)總體結構二、基于嵌入式為主機的數(shù)據(jù)采集發(fā)送終端1、數(shù)據(jù)采集發(fā)送終端的硬件設計系統(tǒng)硬件結構框圖如圖2所示。數(shù)據(jù)采集發(fā)送終端的控制器采用LPC2138，該芯片是一個支持實仿真和嵌入式跟蹤的32/16位ARM7TD-MI-STM CPU的微控制器，并帶有512KB高速Flash存儲器和具有獨立的電源和時鐘源的實時時鐘，片上集成了豐富的功能部件，如SPI （Serial Peripheral Interface）串口，UART0、UART1全串口，A/D轉換等。很好的滿足了硬件系統(tǒng)的要求。圖2

3、、硬件結構框圖傳感器部分使用DHT90溫濕度數(shù)字傳感器采集溫濕度數(shù)據(jù)，使用RS485總線連接異步串行通信UART0端口，并將控制器配置成RS485主機。通過RS485總線與LPC2138進行通信，因為使用RS485總線，可以同時接受多路溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)信息。GPRS無線模塊采用BenQ公司的M23G,M23G支持GPRS功能，并且內(nèi)嵌TC/IP，可用于實時性較高的、數(shù)據(jù)傳輸量相對較大、傳輸速率相對較快的數(shù)據(jù)通信領域。通過軟件控制，可實現(xiàn)與Internet固定IP地址雙向數(shù)據(jù)傳輸。2、數(shù)據(jù)采集發(fā)送終端的軟件設計數(shù)據(jù)采集發(fā)送終端的應用軟件程序設計主要包括以下兩個部分：GPRS接受命令和數(shù)據(jù)采集與

4、發(fā)送兩個部分。應用程序軟件是基于嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-。軟件流程圖如圖3所示。應用程序定義了四個主要的時間標志位：GPRS在線標志位、數(shù)據(jù)采集標志位、采集完畢標志位和接受命令標志位。這四個標志位協(xié)調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送、接收命令等任務。當初始化完成后，獲得GPRS在線標志位，連接服務器成功后即可進行命令接受以及命令解析。系統(tǒng)主要設置了三條命令，分別是采集發(fā)送數(shù)據(jù)命令，設置采樣頻率命令和采集數(shù)據(jù)量大小命令。每個命令的獲得都會置位相應的標志位，通過對標志位是否置位的判斷來決定程序下一步的執(zhí)行。在系統(tǒng)軟件中可以設置采集發(fā)送的時間間隔（默認為15分鐘），即每隔15分鐘，采集發(fā)送終端通過通用T

5、CP服務器軟件將采集的數(shù)據(jù)包發(fā)送給客戶端。同時可以改變采集數(shù)據(jù)包的大?。J為1024字節(jié)），即改變數(shù)據(jù)采集動態(tài)緩沖區(qū)的大小，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿即可發(fā)送數(shù)據(jù)。圖3、系統(tǒng)軟件流程數(shù)據(jù)采集完畢后置位采集完畢標志位，可進行數(shù)據(jù)發(fā)送。每次寫入GPRS的最大的數(shù)據(jù)包為1024字節(jié)，超過1024字節(jié)數(shù)據(jù)做下一包發(fā)送，最后發(fā)送小于1024字節(jié)的數(shù)據(jù)包。三、移動GPRS網(wǎng)絡GPRS組網(wǎng)方式采用的是企業(yè)公網(wǎng)組網(wǎng)方式。中心站配置固定的IP地址，而遠程終端實行動態(tài)的IP地址分配。遠程終端開機后，主動連接服務器，進行數(shù)據(jù)采集，終端模塊自動獲得IP地址，主動上報到服務器，并以xml的格式將采集到的數(shù)據(jù)進行保存，客戶端通過訪問

6、WebLogic服務器，查看接受到的數(shù)據(jù)。四、公網(wǎng)服務軟件的設計服務器軟件的實現(xiàn)是采用Socket（套接口）編程技術，考慮到本系統(tǒng)服務器程序必須能在任何時間處理多個客戶連接，因此該程序是一個多線程TCP服務器。一個TCP連接的建立開始于TCP客戶機創(chuàng)建一個套接字，然后調(diào)用connect函數(shù)來啟動三次握手操作，與遠程服務器建立連接。在服務器方面，通用是首先創(chuàng)建一個套接字，然后調(diào)用bind函數(shù)綁定自己的公認端口號，接著調(diào)用listen函數(shù)來準備接受客戶端請求，最后調(diào)用accept函數(shù)來完成信息傳遞。圖4、 公共服務器設計流程在本系統(tǒng)的設計中，共建立了兩個任務。一個任務用于完成數(shù)據(jù)的監(jiān)聽接受并處理。

7、當監(jiān)控服務器監(jiān)聽端口時，發(fā)現(xiàn)有采集終端對服務器發(fā)出的連接請求時，就接受遠程采集終端的連接請求，并以XML格式保存接收到的數(shù)據(jù)。由于每個GPRS模塊都有一個唯一的ID號，因此根據(jù)這個ID號來識別該系統(tǒng)檢測的具體位置，并在XML文件中以進行標記，同時包含當前時間、溫度、濕度三個屬性值，如果接收到一個新的GPRS的ID號，將啟用一個新的terminal標記。另一個任務用于完成對鍵盤的監(jiān)控，并把用戶輸入的合法相關命令編輯成命令字符串發(fā)送數(shù)據(jù)采集終端。對于不合法的命令拋棄并輸出相關提示信息。結合Socket編程方法和具體的應用，服務器軟件流程如圖4。五、富客戶端的實現(xiàn)客戶端方面采用基于RIA模型的FLE

8、X技術來開發(fā)Web頁面?？蛻舳送ㄟ^Web瀏覽器以HTTP協(xié)議調(diào)用Web頁面。界面能夠顯示系統(tǒng)狀態(tài)、下達配置參數(shù)、顯示現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)。WEB頁面與Web Service組件通信，把用戶的參數(shù)傳遞給Web Service。使用Flex技術可以構建體驗豐富的客戶端程序，同時Flex還具有Push技術，可以把服務端的信息適時的顯示到客戶端上 ，這也是把Flex技術使用到數(shù)據(jù)采集領域的重要原因，也是本系統(tǒng)選擇使用Flex技術的主要原因。系統(tǒng)的Web Service設計采用面向服務的SOA設計，這樣可以提高系統(tǒng)的反應速度，便于以后對系統(tǒng)的維護。對于軟件設計的總體符合門面模式的軟件架構，上層直接調(diào)用下層的接

9、口，而不是具體的實現(xiàn)，這樣有利于軟件的擴展和維護。上述調(diào)用過程的核心代碼如下：/使用Flex的定時器，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的刷新import flash.utils.Timerprivate function time():voidvar timer:Timer = new Timer(1000); timer.start();timer.addEventListener(TimerEvent.TIMER, onTimer); /設置時間監(jiān)視器來監(jiān)聽事件 Bindable public var i:int=new int(0); private function onTimer (event:Timer

10、Event) :void DeviceService.GetVersion.send(); /使用Flex調(diào)用服務 size /服務器端C#平臺調(diào)用聲明public static System.Char Buffer;public static System.UInt16 Version;DllImport(zlg_dnscan32.dllPublic static extern bool DNS_Version (ref System.Char Buffer,ref System.UInt16 Version, System.UInt32 Size);/DLL方法的調(diào)用Bool st=DNS_Version(ref Buffer,ref