徐毅　秦寧寧

摘 ?要：文章基于OneNET云平臺，設計了一個物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗，重點介紹了實驗所搭建的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)、功能需求以及實驗開展的可行性。實驗項目貫穿了傳感器、通信、數(shù)據(jù)庫以及信號處理等等專業(yè)知識，較好地解決了物聯(lián)網(wǎng)實驗中理論聯(lián)系實際的問題，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)核心課程實驗教學的開展提供了有力支持。

關鍵詞：OneNET云平臺;物聯(lián)網(wǎng);實驗教學

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）10-0050-04

Abstract： Based on OneNET cloud platform， this paper designs a comprehensive experiment project of Internet of Things（IOT）. The project focuses on the architecture， functional requirements and feasibility of the IOT experiment. The experimental project runs through the professional knowledge of sensors， communication， database and signal processing， which solves the problem of integrating theory with practice in the experiment of IOT， and provides strong support for the experimentalteaching of core courses of IOT.

Keywords： OneNET cloud platform; Internet of Things（IOT）; experimental teaching

一、緒論

長期以來，我校物聯(lián)網(wǎng)實驗課程教學遵循傳統(tǒng)的教學模式，按照實驗預習、實驗實施、實驗報告方式進行。實驗均以現(xiàn)場的驗證性實驗為主，實驗資源利用率低、學生動手機會少，物聯(lián)網(wǎng)知識綜合應用能力的鍛煉機會少。因此，迫切需要改變傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)實驗教學管理模式和課堂實驗模式，研究新的實驗教學手段，充分利用已有實驗資源，創(chuàng)新實驗教學方式，提高實驗教學水平[1]。

OneNET是中國移動物聯(lián)網(wǎng)的開放平臺，可以解決協(xié)議適配、海量連接、數(shù)據(jù)存儲、設備管理、規(guī)則引擎、事件告警等物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)的共性問題，平臺支持多種行業(yè)及主流標準協(xié)議的設備接入[2，3]，如MQTT、CoAP、TCP、HTTP、Modbus等，滿足多種應用場景的使用需求，提供設備生命周期管理，支持用戶進行設備注冊、更新、查詢、刪除，提供設備在線狀態(tài)管理，開放API接口，通過簡單調(diào)用快速實現(xiàn)應用生成[4，5]。

因此，基于OneNET的功能和實驗室已有的物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺，設計一套“環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)”的物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗方案，貫穿物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡層、應用層，可以使物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學生得到綜合鍛煉。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

基于OneNET云平臺，“環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)”綜合實驗主要功能包括：系統(tǒng)的感知層將實驗室已有平臺上的溫濕度傳感器等采集到的模擬環(huán)境數(shù)據(jù)周期性上傳至OneNET物聯(lián)網(wǎng)開放平臺;應用層實時顯示溫濕度等數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r控制感知層的電動機轉(zhuǎn)和停。環(huán)境參數(shù)監(jiān)控綜合實驗設計的具體架構(gòu)如圖1所示。

目前學院實驗室使用的是GEN-0200B新型物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點，其外觀如圖2所示。

所設計的綜合實驗的終端軟硬件主要擁有以下幾個功能：環(huán)境參數(shù)采集、采集的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊上傳云平臺、響應云平臺下發(fā)的控制指令。本綜合實驗系統(tǒng)主要采用STM32系列芯片，并搭配了各種溫濕度、光照等傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，然后將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)由無線模塊上傳數(shù)據(jù)到OneNET云平臺，最后主控器通過向繼電器發(fā)送信號，實現(xiàn)終端設備的啟動和關閉。硬件架構(gòu)圖如圖3所示。

在本次設計的物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗系統(tǒng)中，主要包括：

應用層：負責對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行展示、管理和響應的處理，并提供檢測與控制的web端和控制UI界面，從而實現(xiàn)環(huán)境的監(jiān)控。

傳輸層：負責對數(shù)據(jù)和指令的傳輸，把感知層采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳到平臺層，系統(tǒng)利用無線傳輸模塊通過MQTT協(xié)議上傳到OneNET云平臺，同時將平臺層發(fā)來的控制指令發(fā)送到終端執(zhí)行器。

平臺層：負責對上傳數(shù)據(jù)的存儲、管理，云平臺對數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。

應用層：負責對云平臺轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進一步處理，用戶通過瀏覽器、手機APP就可實現(xiàn)對環(huán)境的監(jiān)控，大大簡化了用戶的操作。

本綜合實驗設計的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控軟件包括：云平臺的UI監(jiān)控界面和瀏覽器web端，兩組監(jiān)控系統(tǒng)簡潔的操控界面必須面向用戶友好，只需登錄瀏覽器即可實現(xiàn)對模擬環(huán)境的遠程監(jiān)控?；谠破脚_的模擬環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體功能模塊如圖4所示。

三、綜合實驗系統(tǒng)的可行性分析

1. 技術可行性：本次物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗設計的環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)基于OneNET云平臺、STM32嵌入式技術、B/S結(jié)構(gòu)開發(fā)技術和傳感器技術都是較為成熟、普遍流行的技術。tomcat+java/jsp+mysql+Linux組成的網(wǎng)頁端開發(fā)技術，現(xiàn)階段十分流行，且有大量相關項目可供分析。

2. 經(jīng)濟可行性：OneNET云平臺目前完全免費，實驗資源也是本實驗室已有的資源。部署于web端的管理系統(tǒng)也可在個人CP中編寫實現(xiàn)。系統(tǒng)主要成本為采集的智能終端設備費用，這部分費用在設計承擔范圍之內(nèi)。

3. 目標可行性：本實驗設計方案綜合了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生所學的核心課程知識，包括傳感器、數(shù)據(jù)庫、無線傳感網(wǎng)、通信原理、信號處理等，實驗效果直觀，學生的體驗感強，學生可以充分利用課余時間來完成這個綜合實驗。實驗完成后，只需登錄OneNET云平臺或web端即可實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的遠程監(jiān)控，實驗效果明顯直觀，也便于實驗老師來檢驗實驗完成情況。

4. 實驗效果評價的可行性：通過OneNET云平臺上位機軟件設計，可以直接檢驗本綜合實驗的實驗效果。

學生需要在OneNET云平臺上實現(xiàn)UI監(jiān)控界面，首先要讓學生結(jié)合實驗資源在線創(chuàng)建自己的產(chǎn)品和設備，將本實驗系統(tǒng)看作一個產(chǎn)品，系統(tǒng)的終端硬件對應產(chǎn)品下的設備，學生根據(jù)自己的需要以不同的協(xié)議接入。在完成創(chuàng)建產(chǎn)品和設備后，學生即可在開發(fā)者中心看到系統(tǒng)的詳細信息。學生進入OneNET應用管理下的編輯應用界面，實現(xiàn)OneNET云平臺上的數(shù)據(jù)流可視化。該云平臺的另一大特殊之處在于，其支持監(jiān)控頁面嵌入功能，學生可以將監(jiān)控頁面嵌入到用戶的web端網(wǎng)頁上。學生只需在應用管理界面獲取應用嵌入代碼即可將其引入自己的網(wǎng)頁端中。

圖5是基于OneNET云平臺溫室大棚監(jiān)控的一個最基本的界面。通過這個界面所展示的功能，可以檢驗學生完成該實驗的具體情況，做出不同的實驗評價。

從以上幾點可行性可以看出，本綜合實驗的設計完全可行，實驗方案也比較靈活，學生既可以一個人完成這個綜合實驗，也可以幾個人為一個小組分工寫作來完成。

四、結(jié)束語

本文充分利用已有的實驗資源和免費且功能強大的OneNET免費云平臺，設計了一個物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡層和應用層的綜合應用。該實驗內(nèi)容貫穿無線傳感器網(wǎng)絡、串口通信、網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)庫以及信號處理等專業(yè)知識，較好地解決了物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)設計與實現(xiàn)中的“通、存、用”等問題，實驗效果很好，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)核心課程實驗教學的開展提供一定的借鑒。

參考文獻：

[1]“高等學校本科計算機類專業(yè)應用型人才培養(yǎng)研究”項目物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)工作組.高等學校本科物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)指導意見（2016版）[M].北京：高等教育出版社，2016.

[2]陳思.基于OneNET的農(nóng)業(yè)大棚物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].遼寧：遼寧大學，2019.

[3]楊裴裴，李勝嵐，石恒瑞.基于STM32和OneNET的智能健康管家的設計與實現(xiàn)[J].電子產(chǎn)品世界，2019，26（8）：60-64.

[4]盧于輝，秦會斌.基于MQTT的智能家居系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].智能物聯(lián)技術，2019，51（02）：41-47.

[5]鄭峰.基于MQTT云推送平臺的研究及應用[D].杭州：杭州電子科技大學，2016.

基金項目：江蘇省重點研發(fā)-現(xiàn)代農(nóng)業(yè)“基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧設施蛋雞生產(chǎn)技術集成創(chuàng)新與示范”（編號：BE2018334）

作者簡介：徐毅（1972-），男，漢族，四川儀隴人，工學碩士，講師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術應用。