何輝，龔成瑩，蘭聰花

(蘭州工業(yè)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

基于物聯(lián)網(wǎng)與Android的環(huán)境狀態(tài)移動監(jiān)測系統(tǒng)

何輝，龔成瑩，蘭聰花

(蘭州工業(yè)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

針對傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測手段大多是靜態(tài)監(jiān)測的問題，設(shè)計并實現(xiàn)一種基于物聯(lián)網(wǎng)和Android智能終端的可移動式監(jiān)測系統(tǒng)。利用CC2430組成的無線傳感網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和通信，通過STC12C5A60S2單片機實現(xiàn)嵌入式數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，采用Android實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，最終利用Yeelink物聯(lián)網(wǎng)云存儲和顯示數(shù)據(jù)。實際應(yīng)用表明，系統(tǒng)實現(xiàn)了監(jiān)測系統(tǒng)從物聯(lián)網(wǎng)到互聯(lián)網(wǎng)的延伸。

環(huán)境監(jiān)測;物聯(lián)網(wǎng);Android網(wǎng)關(guān);嵌入式網(wǎng)關(guān);Yeelink

0 引言

隨著檢測技術(shù)、智能傳感器技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相互滲透與結(jié)合，產(chǎn)生了多種技術(shù)相融合的網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化智能環(huán)境監(jiān)測方法將數(shù)據(jù)的感知、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)顯示進(jìn)行有效整合，在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)控、智能交通、智能家居、公共衛(wèi)生等多個領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。同時，作為一款開源系統(tǒng)，Android不僅在移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域占據(jù)了大半市場，在物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。

本文針對傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測手段大多是靜態(tài)監(jiān)測的問題，基于物聯(lián)網(wǎng)、Android智能終端和嵌入式技術(shù)，設(shè)計了一種環(huán)境狀態(tài)移動監(jiān)測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

如圖1所示，系統(tǒng)由四部分組成，分別是傳感節(jié)點、藍(lán)牙智能小車、Android互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)云平臺。其中傳感節(jié)點負(fù)責(zé)對環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信;智能小車與Zigbee傳感協(xié)調(diào)器節(jié)點通過串行方式通訊，承擔(dān)傳感器網(wǎng)關(guān)的角色;作為系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，Android智能終端與智能小車之間通過藍(lán)牙方式通訊，Android智能終端與互聯(lián)網(wǎng)端的云平臺交換數(shù)據(jù);采用物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)YeeLink進(jìn)行云端數(shù)據(jù)存儲。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 傳感節(jié)點

傳感節(jié)點部分負(fù)責(zé)采集在不同方位布點的狀態(tài)信息，包括節(jié)點溫度、濕度等信息。采用CC2430的Zigbee節(jié)點模塊與Zigbee協(xié)調(diào)器模塊通信，利用各Zigbee節(jié)點模塊采集節(jié)點溫度和濕度，數(shù)據(jù)傳送到Zigbee協(xié)調(diào)器，Zigbee協(xié)調(diào)器置于可移動的單片機智能小車上，通過串口與單片機進(jìn)行通訊［1］。

傳感節(jié)點通常包含傳感器、嵌入式處理器和無線收發(fā)模塊，Zigbee節(jié)點以自組織、多跳的方式構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感網(wǎng)通過節(jié)點間的協(xié)同工作來采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的狀態(tài)信息，具有規(guī)模大、自組織性、動態(tài)性、可靠性和以數(shù)據(jù)為中心等特點［2］，其典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Zigbee節(jié)點組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3 傳感器網(wǎng)關(guān)(智能小車)

傳感器網(wǎng)關(guān)由基于單片機的智能小車組成，由電源驅(qū)動模塊、尋跡模塊、超聲測距模塊、測溫度模塊、紅外避障模塊、顯示模塊和藍(lán)牙模塊組成，小車功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。小車可以自動循跡或通過Android智能終端來控制，其與Android端的通過藍(lán)牙方式(藍(lán)牙串口)進(jìn)行通訊。

圖3 傳感器網(wǎng)關(guān)(智能小車)

小車采用STC12C5A60S2單片機作為控制器，STC12C5A60S2是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，具有高速、低功耗、超強抗干擾等特點，其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度要快8-12倍［3］。STC12C5A60S2單片機具有雙串口，符合小車要同時與傳感節(jié)點和Android智能終端進(jìn)行串口通信的需求。

小車與Android智能終端的藍(lán)牙通訊利用藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊HC-06實現(xiàn)［4］，HC-06模塊與單片機串口相連，實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)在藍(lán)牙信道上的透明傳輸，對開發(fā)而言，視其為對串口通信的一種擴展方式即可，因此此類數(shù)傳模塊也被稱為藍(lán)牙串口模塊。

4 Android互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)由運行在Android智能終端的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)，主要實現(xiàn)兩個功能:

(1)利用藍(lán)牙串口協(xié)議SPP與小車通信，控制小車，包括:重力感應(yīng)、手動控制、避障、自動尋跡等功能，如圖4所示。

(2)負(fù)責(zé)將無線傳感節(jié)點采集到的狀態(tài)信息上傳到物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺，實現(xiàn)手機監(jiān)測和Web頁面監(jiān)測。

Android智能終端以客戶端的角色主動連接SPP協(xié)議的藍(lán)牙透傳模塊HC-06，使用BluetoothAdapter注冊 BroadcastReceiver來獲取藍(lán)牙狀態(tài)、搜索設(shè)備等消息;在與藍(lán)牙模塊配對后，建立Android服務(wù)組件在后臺一直監(jiān)聽藍(lán)牙serverSocket數(shù)據(jù)，同時也能反方向的向智能小車發(fā)送指令，實現(xiàn)全雙工串行通訊［5］。

Android應(yīng)用程序在使用系統(tǒng)的藍(lán)牙功能和互聯(lián)網(wǎng)功能時，需要打開相應(yīng)的權(quán)限，配置如下:

一旦后臺服務(wù)接收到藍(lán)牙串口傳來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，并顯示在Android應(yīng)用的UI界面上，藍(lán)牙數(shù)據(jù)處理流程如圖5所示。

5 YeeLink云平臺

通過Android網(wǎng)關(guān)最終將傳感節(jié)點的狀態(tài)信息傳送到物聯(lián)網(wǎng)云平臺Yeelink，Yeelink是一個開放的通用物聯(lián)網(wǎng)平臺，主要提供傳感器數(shù)據(jù)的接入、存儲和展現(xiàn)服務(wù)，使用戶在不關(guān)心服務(wù)器實現(xiàn)細(xì)節(jié)和運維的情況下，擁有交付物聯(lián)網(wǎng)化的電子產(chǎn)品的能力。Yeelink提供了API接口，基于 HttpRequest方式，可以方便的將傳感數(shù)據(jù)接入到Y(jié)eelink平臺［6］。

Yeelink開發(fā)接口基于HTTP協(xié)議，采用POST方式將JSON值對格式的數(shù)據(jù)上傳到云端，利用Android系統(tǒng)的多線程機制，在應(yīng)用程序的后臺執(zhí)行異步任務(wù)，定時將采集到的數(shù)據(jù)上傳到Y(jié)eelink。數(shù)據(jù)上傳流程如圖6所示。

Yeelink云端檢測界面如圖7所示。

圖4 Android互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

圖5 藍(lán)牙數(shù)據(jù)處理流程

圖6 數(shù)據(jù)上傳流程

圖7 Yeelink監(jiān)測界面

6 結(jié)束語

本文針對可移動式環(huán)境監(jiān)測的需求，利用無線傳感網(wǎng)節(jié)點實現(xiàn)環(huán)境狀態(tài)的采集，構(gòu)建可以自組網(wǎng)、多跳、便于擴展的傳感數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò);采用STC12C5A60S2單片機設(shè)計無線傳感網(wǎng)關(guān);通過藍(lán)牙通訊方式，實現(xiàn)STC12C5A60S2與Android互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)交換，最后利用物聯(lián)網(wǎng)云平臺Yeelink的API將監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲和展示在互聯(lián)網(wǎng)云端。

文中提出的方案實現(xiàn)了信息感知(傳感節(jié)點采集數(shù)據(jù))、信息傳輸(無線傳感、藍(lán)牙、Android手機通訊)和信息處理(物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺存儲、處理、展現(xiàn))，從而實現(xiàn)了從傳感節(jié)點到物聯(lián)網(wǎng)，再從物聯(lián)網(wǎng)到互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)通道，適合于工業(yè)控制、消防安全、探測等工作環(huán)境的應(yīng)用。

［1］李洪杰，杜計平，晉智毅，等.基于CC2430與WSN的礦井液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)研究［J］.煤礦機電，2013，34(3):33-36，41.

［2］黃緒勇，苗世紅，劉沛.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的配電線故障監(jiān)測的可行性研究［J］.繼電器，2008，36(8):11-15.

［3］羅樂.基于STC12C60S2單片機的帆板控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報，2012，31(4):30-36.

［4］王亞江.利用藍(lán)牙內(nèi)嵌模塊實現(xiàn)全站儀與掌上電腦的無線連接［J］.計量與測試技術(shù)，2011，38(10):33-34.

［5］張志勛，王娟，何輝.基于Android的心電監(jiān)護(hù)終端的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.自動化與儀器儀表，2013，33(5):183-185.

［6］黃沃彬，陳本紋，張志偉，等.基于ZigBee與GPRS智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)關(guān)設(shè)計［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2013，3(10):34-36.

A Movable Monitoring System for Environmental Conditions Based on IoT and Android

HE Hui，GONG Cheng-ying，LAN Cong-hua
(College of ElectronicInformation Engineering，Lanzhou Institute of Technology，Lanzhou Gansu730050，China)

Considering that traditional environmentalmonitoring ismostly realized by staticmeans，this paper designs and implements amovable monitoring system based on IoT and Android intelligent terminal.In this system，data acquisition and transmission is realized through a wireless sensor network composed of CC2430，an embedded data gateway is implemented through STC12C5A60S2 microprocessor，and the IoT gateway is implemented by means of Android.Finally，data is clode-stored and displayed by means of Yeelink IoT.Practical application shows that this system realizes the extension of themonitoring system from IoT to the Internet.

environmentmonitoring;IoT;Android gateway;embedded gateway;Yeelink

10.3969/j.issn.1000 －3886.2015.06.011

TP272 TP393

A

1000-3886(2015)06-0033-02

定稿日期:2015-03-18

甘肅省科技支撐計劃資助項目(1204GKCA043);甘肅省高等學(xué)校研究生導(dǎo)師科研計劃資助項目(2013B-097)

何輝(1978-)，男，甘肅秦安人，工學(xué)碩士，副教授，主要研究方向為計算機測控。