王賾坤，桂 玲

(武漢華夏理工學(xué)院，湖北 武漢 430223)

0 引 言

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，5G技術(shù)的普及，城市智能化也在慢慢興起，萬物連接成了必然的趨勢。移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)具備廣覆蓋、可移動以及多連接數(shù)等特性，能夠帶來更加豐富的應(yīng)用場景，成為物聯(lián)網(wǎng)的主要連接技術(shù)。2016年物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要使用WIFI和藍(lán)牙技術(shù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率低、耗電量極大。而廣域物聯(lián)網(wǎng)可以用光纖，但只適用于連接攝像頭等寬帶終端；低容量傳感器雖然可以使用2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)，但難以滿足低功耗低成本的要求，因此2016年接入到運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)終端僅有6%。但如果利用運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)組織物聯(lián)網(wǎng)，就可以真正實(shí)現(xiàn)整個(gè)城市一張網(wǎng)，便于維護(hù)和管理，基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)(narrow band internet of things，NB-IoT)由此應(yīng)運(yùn)而生。NB-IoT聚焦于低功耗，低成本，廣覆蓋，大連接的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場，大連接的特點(diǎn)成為萬物相互連接網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)，可應(yīng)用于GSM網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。

近期國際電信聯(lián)盟做出重大決議，中國提交的NB-IoT技術(shù)正式成為5G標(biāo)準(zhǔn)，這意味著該技術(shù)未來有望成為各國5G低功耗廣域網(wǎng)場景應(yīng)用的首選。目前中國已建立了70多萬個(gè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)基站，到2020年底中國的移動物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)有望達(dá)到12億個(gè)，同時(shí)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)也將實(shí)現(xiàn)縣級以上城市主城區(qū)的普遍覆蓋[1-6]。NB-IoT主要面向低端物聯(lián)網(wǎng)終端的特點(diǎn)，更適合廣泛部署，其應(yīng)用前景將更加廣闊。文中主要對基于NB-IoT無線通信技術(shù)的智能安防監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行論述。

1 技術(shù)比較分析

當(dāng)前許多安防監(jiān)測系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，如采用WIFI、Zigbee、藍(lán)牙或GPRS等技術(shù)。

(1)采用WIFI技術(shù)設(shè)計(jì)。WIFI技術(shù)是目前傳輸速度最快的無線技術(shù)，在目前的生活中普及率較高。WIFI技術(shù)具有技術(shù)研發(fā)門檻低，成本低，應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有安全性差，穩(wěn)定性弱，功耗大，可連接的設(shè)備有限，組網(wǎng)能力低等缺點(diǎn)。

(2)采用Zigbee技術(shù)設(shè)計(jì)。Zigbee是一種近距離、復(fù)雜度低、功耗低、成本低的雙向無線通信技術(shù)。近距離無線通信安全性高，組網(wǎng)能力強(qiáng)。理論上，一個(gè)Zigbee閘道器可以連接65 000多個(gè)設(shè)備。但速度慢、難兼容，其搭載的設(shè)備普及率極低。

利用WIFI技術(shù)或Zigbee技術(shù)上傳數(shù)據(jù)時(shí)，需要網(wǎng)關(guān)接入網(wǎng)絡(luò)，即不能直接連上電信或移動運(yùn)營商，而是需要通過一個(gè)網(wǎng)關(guān)中轉(zhuǎn)才能連上運(yùn)營商，把數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)遇到警情，通過WIFI模塊或Zigbee模塊向外界發(fā)出報(bào)警信息時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)斷網(wǎng)，停電或室內(nèi)部分區(qū)域沒有無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，利用上述技術(shù)設(shè)計(jì)的安防監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警功能就會缺失，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，從而有警情延誤的可能。

(3)采用藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)設(shè)計(jì)。藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)。具有體積小，功耗低，安全性高的特點(diǎn)，但傳輸距離有限，數(shù)據(jù)速率較低，需要本地?cái)?shù)據(jù)記錄，以確保數(shù)據(jù)不間斷可用。設(shè)備連接能力有限，且只能在特定空間內(nèi)使所有支持該技術(shù)的設(shè)備建立聯(lián)系傳輸數(shù)據(jù)。

(4)采用GPRS模塊設(shè)計(jì)，不但使用費(fèi)用高，數(shù)據(jù)速率低，電源供電也是個(gè)問題。如若通信連接不穩(wěn)定，也易造成警情延誤。

針對利用上述無線通信技術(shù)構(gòu)建的通信網(wǎng)，存在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率較低、耗電量大、信息安全性不高、實(shí)時(shí)監(jiān)控管理難等技術(shù)問題[7-9]。因此，文中采用NB-IoT技術(shù)設(shè)計(jì)智能安防監(jiān)測系統(tǒng)，以解決室內(nèi)外安防監(jiān)測設(shè)備依賴本地網(wǎng)絡(luò)、無線傳輸范圍小，以及監(jiān)控裝置內(nèi)置電源使用壽命短、信息安全要求難保證等問題。

2 系統(tǒng)架構(gòu)體系

文中設(shè)計(jì)的智能安防監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示，由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層構(gòu)成。各層的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)功能如下：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)框圖

(1)感知層：由控制模塊、NB-IoT無線通信模塊、報(bào)警模塊、存儲模塊、電源模塊等構(gòu)成。以控制芯片STM32F103為核心，利用傳感器采集溫濕度、煙霧濃度、光照強(qiáng)度、聲音強(qiáng)度、人體等信息，若采集的數(shù)據(jù)超過設(shè)置的報(bào)警閾值，則通過NB-IoT無線通信模塊接收報(bào)警指令，啟動報(bào)警。

(2)網(wǎng)絡(luò)層：由NB-IoT基站、IoT核心網(wǎng)、IoT云平臺等構(gòu)成。傳感器采集的參數(shù)通過NB-IoT無線通信模塊發(fā)送至NB-IoT基站，通過核心網(wǎng)送到服務(wù)器上傳至IoT云平臺，再通過云平臺發(fā)送至移動APP客戶端，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境信息。

(3)應(yīng)用層：包括應(yīng)用管理平臺、移動APP等。利用移動APP客戶端或應(yīng)用管理平臺實(shí)時(shí)查看環(huán)境信息。還可根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過移動APP客戶端設(shè)置報(bào)警閾值，下發(fā)報(bào)警指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程安防監(jiān)測。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件電路框圖如圖2所示，分為監(jiān)測設(shè)備和NB-IoT無線通信模塊兩部分。監(jiān)測設(shè)備以STM32F103單片機(jī)為主控芯片，利用溫濕度傳感器、煙霧傳感器、光照傳感器、聲音傳感器、紅外傳感器等多種傳感器分別進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的采集，將采集的數(shù)據(jù)利用UART方式傳輸，通過STM32F103單片機(jī)傳輸至NB-IoT無線通信模塊。其部分硬件電路原理圖如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)硬件電路框圖

圖3 部分硬件電路原理圖

3.1 主控制器模塊

系統(tǒng)選用STM32F103C8T6作為主控芯片，該芯片具有自帶重置開關(guān)，具有十位分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。主控芯片的功能為：一、將傳感器采集到的參數(shù)分析計(jì)算處理后，通過UART封裝發(fā)送至NB-IoT模塊；二、利用NB-IoT模塊接收來自手機(jī)端和云端下傳的AT命令[7-9]，啟動監(jiān)測設(shè)備的報(bào)警。其管腳連接原理圖如圖3所示。

3.2 溫濕度傳感器模塊

采用DHT11[10-13]模塊檢測溫濕度值的變化，實(shí)現(xiàn)防火防潮監(jiān)測功能。模塊中的DATA(2端口)端與主控制器的PA11端口相連(如圖3所示)，采用單總線數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信和同步控制。

3.3 光敏電阻傳感器模塊

采用G5516模塊，檢測周圍環(huán)境光線強(qiáng)度的改變。模塊中的DO(3端口)數(shù)字信號輸出端與主控制器的PA4端口連接(如圖3所示)。主控制器通過檢測DO端高低電平的變化，判斷環(huán)境的光線強(qiáng)度改變。若光線強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)蜂鳴器報(bào)警。

3.4 氣體傳感器模塊

采用MQ-2[14-17]煙霧傳感器模塊檢測有害氣體濃度。MQ-2的AOUT模擬量輸出端，直接與帶有AD功能的主控制器PA1端口連接(如圖3所示)。當(dāng)MQ-2檢測到周圍環(huán)境中有有害氣體時(shí)，電壓每爬升0.1 V，說明有害氣體的濃度值增加20 ppm。將測得的模擬電壓值比例代換，轉(zhuǎn)換為濃度值顯示在OLED屏幕。若檢測到有害氣體濃度值超過設(shè)定閾值，系統(tǒng)啟動報(bào)警。

3.5 人體監(jiān)測傳感器模塊

采用HC-SR501模塊檢測有無人存在，實(shí)現(xiàn)防盜監(jiān)測功能。模塊中的OUT輸出端管腳與主控制器PA15端口相連(如圖3所示)，當(dāng)檢測到有人時(shí)輸出3 V電壓，無人時(shí)輸出0 V電壓，以實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)測報(bào)警功能。

3.6 NB-IoT通信模塊

NB-IoT模塊是感知層必備模塊，它是感知層與網(wǎng)絡(luò)層的連接橋梁。系統(tǒng)核心部件采用電信版BC26的NB-IoT101模塊，內(nèi)置SIM卡槽，兼容移動通信中M26(GSM/GPRS系列)模塊，方便現(xiàn)有的3G，4G用戶快速、靈活地切換至NB-IoT通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。同時(shí)，BC26提供豐富的外部接口(UART，SPI，ADC等)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧(TCP/CoAP/MQTT等)，支持OpenCPU功能，支持中國移動OneNET云平臺、中國電信EasyIoT、華為OceanConnect物聯(lián)網(wǎng)云平臺。如圖4所示，該模塊主要由IPEX射頻天線座，5 V轉(zhuǎn)3.3 V LDO穩(wěn)壓電源，Micro-SIM卡座，ESD防護(hù)電路，開機(jī)電路等組成，即插即用。模塊中的PWRKEY，RXD，TXD管腳分別與圖3中STM32的PB7，PA2和PA3端口相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的控制、收發(fā)。當(dāng)PWRKEY為低電平時(shí)，啟動NB-IoT模塊工作；TXD為高電平時(shí)，發(fā)送監(jiān)測終端設(shè)備采集的環(huán)境參數(shù)信息至云平臺；當(dāng)RXD為高電平時(shí)，接收手機(jī)APP端通過云平臺下發(fā)的報(bào)警指令信息。

圖4 NB-IoT模塊實(shí)物與電路原理圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件主要是對各傳感器進(jìn)行初始化，并將采集的數(shù)據(jù)通過NB-IoT模塊上傳阿里云平臺，送至移動客戶APP，再通過APP設(shè)置報(bào)警閾值，達(dá)到智能監(jiān)測和報(bào)警的目的。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為三部分，第一部分為監(jiān)測終端的主控程序設(shè)計(jì)(主程序流程)；第二部分為阿里云平臺的服務(wù)器插件開發(fā)；第三部分為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通信和移動APP客戶端的開發(fā)。首先確認(rèn)基礎(chǔ)設(shè)備接入到阿里云平臺服務(wù)器，將數(shù)據(jù)和命令發(fā)送到服務(wù)器后確認(rèn)相關(guān)流程，確認(rèn)接入平臺后配置外圍設(shè)備組件，最后啟用阿里云物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程服務(wù)操作系統(tǒng)，上載數(shù)據(jù)或下傳報(bào)警命令。

4.1 系統(tǒng)總體流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件總體流程設(shè)計(jì)如圖5所示，其工作流程如下：

圖5 軟件流程

(1)主控制器STM32和NB-IoT模塊初始化；

(2)各傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)送至STM32控制器，同時(shí)NB-IoT模塊對接阿里云平臺；

(3)STM32將傳感器采集的數(shù)據(jù)信息顯示在OLED屏，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過NB-IoT模塊送至阿里云平臺；

(4)利用阿里云平臺將數(shù)據(jù)傳送至移動APP環(huán)境監(jiān)測客戶端；

(5)APP環(huán)境監(jiān)測客戶端設(shè)置各種環(huán)境參數(shù)的報(bào)警閾值，如果傳感器采集的參數(shù)超過報(bào)警閾值，則手機(jī)APP利用阿里云平臺將報(bào)警命令通過NB-IoT模塊，送至STM32控制蜂鳴器報(bào)警。

4.2 云平臺插件開發(fā)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理需要在云平臺服務(wù)器上開發(fā)相對應(yīng)的設(shè)備屬性文件以及編解碼插件，并上傳至云平臺服務(wù)器后臺調(diào)用，具體內(nèi)容包括調(diào)用服務(wù)器權(quán)限、注冊實(shí)際設(shè)備、定義設(shè)備信息接口、在線調(diào)試等。

配置屬性文件是對監(jiān)測設(shè)備能力和需要服務(wù)類型的描述，將終端設(shè)備型號、終端設(shè)備類型等實(shí)際信息注冊到平臺，然后在云平臺服務(wù)器中來定義監(jiān)測終端的功能，進(jìn)而嚴(yán)格制定功能需求和編解碼插件。由于應(yīng)用層的協(xié)議有很多，終端設(shè)備和IoT平臺之間的應(yīng)用層協(xié)議不統(tǒng)一，但為了能接入不同協(xié)議的終端設(shè)備并成功調(diào)用監(jiān)測終端設(shè)備提供的相對應(yīng)的插件包，在檢測正確后，可向阿里云平臺上傳屬性文件和編解碼插件注冊設(shè)備。

4.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信

依據(jù)云平臺服務(wù)器上定義的數(shù)據(jù)流通信方式，對數(shù)據(jù)流打包，并上報(bào)數(shù)據(jù)，再根據(jù)控制器和云平臺服務(wù)器之間發(fā)出的有效命令，以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測。數(shù)據(jù)在進(jìn)行上傳時(shí)，通常以“at+nmgs=數(shù)據(jù)長度，數(shù)據(jù)信息”的格式對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，AT指令通過串行口發(fā)送到NB-IoT模塊進(jìn)而上傳至云平臺服務(wù)器和移動終端設(shè)備。發(fā)布時(shí)云平臺服務(wù)器臺將“NNMI數(shù)據(jù)長度，數(shù)據(jù)”格式的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到NB-IoT模塊，環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測終端設(shè)備執(zhí)行聲光的報(bào)警命令。

4.3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)上報(bào)流程

多種傳感器采集環(huán)境參數(shù)信息后，依據(jù)系統(tǒng)制定的編碼規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，再進(jìn)行傳輸。環(huán)境監(jiān)測設(shè)備終端通過串行口采用AT命令的上傳形式，向NB-IoT通信模塊發(fā)送編碼數(shù)據(jù)信息。NB-IoT模塊接收到控制器的AT命令后，自動將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息封裝成COAP協(xié)議報(bào)文，發(fā)送到系統(tǒng)已配置的物聯(lián)網(wǎng)平臺。物聯(lián)網(wǎng)平臺接收到數(shù)據(jù)后會對COAP協(xié)議包進(jìn)行自動解析。通過環(huán)境監(jiān)測裝置的配置屬性文件找到與之相對應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測裝置編解碼插件，將有效載荷數(shù)據(jù)包解析到物聯(lián)網(wǎng)平臺上。此外在環(huán)境監(jiān)測設(shè)備檔案描述的文件中，與服務(wù)屬性文件匹配的JSON數(shù)據(jù)也一并存儲在物聯(lián)網(wǎng)平臺上。移動客戶APP通過API口對接的restful接口獲取平臺上的環(huán)境參數(shù)信息。同時(shí)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，平臺也將通過POST消息推送到移動客戶APP端。

4.3.2 系統(tǒng)命令下發(fā)流程

系統(tǒng)中的移動客戶APP應(yīng)用程序創(chuàng)建并發(fā)送警報(bào)的信息命令格式，當(dāng)與云平臺描述一致時(shí)，發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)平臺。物聯(lián)網(wǎng)平臺接收后開始判斷環(huán)境監(jiān)測終端設(shè)備是否正常在線。當(dāng)環(huán)境監(jiān)測終端設(shè)備入網(wǎng)在線時(shí)，環(huán)境監(jiān)測編解碼器插件會通過詳細(xì)查找進(jìn)行編碼輸出，將輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息打包成COAP報(bào)文，隨后向環(huán)境監(jiān)測終端設(shè)備中的NB-IoT通信模塊發(fā)送報(bào)警信號。如果云平臺判斷終端設(shè)備離線，則前面發(fā)送的信令將存儲在云平臺服務(wù)器的歷史數(shù)據(jù)中。

當(dāng)本地報(bào)警命令成功發(fā)出后，環(huán)境監(jiān)測終端設(shè)備將會自動接收儲存在歷史數(shù)據(jù)的命令，然后再報(bào)告該命令的執(zhí)行結(jié)果。此外，環(huán)境監(jiān)測設(shè)備終端通過云平臺服務(wù)器上相應(yīng)的配置文件也可以搜索出環(huán)境監(jiān)測編解碼器插件的執(zhí)行解碼，進(jìn)而輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)消息，再獲取信息命令的執(zhí)行結(jié)果，并將當(dāng)前默認(rèn)狀態(tài)修改為報(bào)警提示狀態(tài)，打開向移動客戶APP傳送數(shù)據(jù)的通道，發(fā)送環(huán)境監(jiān)測終端設(shè)備的本地報(bào)警信息。

4.3.3 移動客戶APP界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于安卓環(huán)境開發(fā)移動客戶APP，其設(shè)計(jì)界面主要包括登錄界面，環(huán)境參數(shù)監(jiān)測界面以及各個(gè)環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)報(bào)警提示界面。在環(huán)境參數(shù)監(jiān)測界面中，顯示實(shí)時(shí)的溫濕度、煙霧濃度、光照強(qiáng)度、人體、聲音的數(shù)據(jù)信息。在報(bào)警提示界面中也顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并可設(shè)置報(bào)警閾值。當(dāng)檢測的實(shí)時(shí)環(huán)境信息接近或超出設(shè)置報(bào)警閾值時(shí)，則會出現(xiàn)報(bào)警提示界面。

在界面設(shè)計(jì)上，采用Vue框架，Vue的核心為視圖層，它是一種自底層逐漸向上的框架。同時(shí)，引用CSS表述HTML5修飾手機(jī)界面，以設(shè)計(jì)彈窗式報(bào)警界面。

4.4 NB模塊子程序設(shè)計(jì)

搭建完阿里云服務(wù)器和創(chuàng)建產(chǎn)品后，利用監(jiān)測設(shè)備中NB-IoT模塊上的SIM卡提供的網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器。NB-IoT模塊與主控制器通過AT串行通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。故在程序設(shè)計(jì)上，主要將相關(guān)指令通過AT串行通信協(xié)議發(fā)送至主控制器即可。部分代碼如下：

char *AT_Cmd[CMD_MAX] = {

"AT+NRB",

"AT+CGATT?",

"AT+QMTCFG="aliauth",0,"a11RfGpdd7C","TPT01","TWXPvTrGRSLaJxKoiUIHB5CIVNXJBoIi"",

"AT+QMTOPEN=0,"a11RfGpdd7C.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com",1883",

"AT+QMTCONN=0,"123456|securemode=3,signmethod=hmacsha1,timestamp=1585932175|","TPT01&a11RfGpdd7C","C85F0E73041C5E1B6B1EA12ACA1DE8F4C5306580"",

"AT+QMTSUB=0,1,"/sys/a11RfGpdd7C/TPT01/thing/event/property/post_reply",2",

"AT+QMTSUB=0,1,"/sys/a11RfGpdd7C/TPT01/thing/service/property/set",2",

"AT+QMTPUB=0,1,2,1,"/sys/a11RfGpdd7C/TPT01/thing/event/property/post",89",

"{"method":"thing.service.property.set","id":"1064104057","params":{},"version":"1.0.0"}",

};

通信過程中，數(shù)據(jù)成功后，將會發(fā)回一個(gè)ACK數(shù)據(jù)，對于不同的數(shù)據(jù)，發(fā)回的ACK也會不同，對于以上發(fā)送的數(shù)據(jù)指令，相對應(yīng)的ACK發(fā)回如下代碼所示：

char *AT_Cmd_Ack[CMD_MAX] = {

"REBOOT_CAUSE",

"+CGATT:0",

"OK",

"+QMTOPEN: 0,0",

"+QMTCONN: 0,0,0",

"+QMTSUB: 0,1,0,1",

"+QMTSUB: 0,1,0,1",

">",

"property/post_reply"",

};

4.5 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

在報(bào)警模塊中設(shè)一個(gè)限定閾值，當(dāng)所測數(shù)據(jù)超過設(shè)定閾值時(shí)，移動客戶APP顯示報(bào)警提示信息，并通過云平臺下發(fā)報(bào)警指令至監(jiān)測模塊執(zhí)行警鈴報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)安防監(jiān)測。

移動客戶APP是基于安卓軟件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)用戶賬號密碼登錄，實(shí)時(shí)的消息推送，各個(gè)環(huán)境參數(shù)顯示及實(shí)時(shí)更新，此外還可以設(shè)置報(bào)警閾值范圍，以及發(fā)送命令等功能。具體的流程處理如圖6所示。

圖6 APP報(bào)警設(shè)計(jì)流程

ApiCloud IDE軟件設(shè)計(jì)出的報(bào)警模塊需要在手機(jī)軟件上顯示出來，在VUE框架中，需要顯示報(bào)警信息和一些報(bào)警功能，部分報(bào)警模塊代碼如下：

if (item = = = 'temp')

{

params.Items = '{" temp ": ' + val + '}'

if (this. tempAlarm && Number(val) < this. temp)

{

window.navigator.vibrate(1000)

setTimeout(function () {

alert('溫度過高，請注意')

}, 1000)

}

this.max_ temp = val}

else if

{

params.Items = '{"smoke ": ' + val + '}'

if (this. smokeAlarm && (Number(val) < this.smoke))

{

window.navigator.vibrate(1000)

setTimeout(function () {

alert('煙霧濃度過高，請注意')

}, 1000)

}

this.max smoke= val}

else

{

params.Items = '{" humidity": ' + val + '}'

if (this. humidityAlarm && (Number(val) < this. humidity))

{

window.navigator.vibrate(1000)

setTimeout(function () {

alert('濕度過高，請注意！')

}, 1000)

}

this.max_humidity= val}

5 系統(tǒng)測試

將系統(tǒng)監(jiān)測終端放置室內(nèi)進(jìn)行測試，采集環(huán)境參數(shù)。電路通電之后，如圖7所示，OLED屏顯示當(dāng)前環(huán)境參數(shù)，“T”表示實(shí)時(shí)環(huán)境溫度，溫度測量的范圍為-55 ℃～100 ℃，當(dāng)前溫度顯示“26 ℃”；“H”表示環(huán)境相對濕度，當(dāng)前相對濕度為“90%”；“gas”表示氣體煙霧濃度比，當(dāng)前煙霧濃度為“35%”；“ill”表示光照強(qiáng)度；“vol”表示檢測聲音是否存在，有聲音顯示“1”，否則為“0”；“man”表示檢測到人體是否存在，檢測到人體存在顯示為“1”，否則為“0”。終端監(jiān)測設(shè)備將采集到的信息通過云平臺發(fā)送到手機(jī)APP端。如圖手機(jī)APP環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主界面顯示的各類型環(huán)境參數(shù)值與OLED顯示屏上的數(shù)據(jù)一致，表明監(jiān)測終端設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸正確，能夠?qū)崟r(shí)將環(huán)境參數(shù)信息上傳至手機(jī)客戶端。

圖7 系統(tǒng)測試主界面圖

如圖8(a)所示，為單獨(dú)測試溫度與煙霧濃度的二級界面圖。如圖8(b)所示，在手機(jī)APP環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用端，設(shè)置溫度報(bào)警閾值為22oC，當(dāng)溫度逐漸升高，接近設(shè)定閾值時(shí)，移動APP上出現(xiàn)預(yù)警提示“溫度過高，請注意”，一旦超過設(shè)定閾值，則手機(jī)APP端會在1s左右的時(shí)間通過云平臺下發(fā)報(bào)警指令到監(jiān)測終端設(shè)備，終端設(shè)備上的蜂鳴器發(fā)出響聲報(bào)警。同樣如圖8(c)所示，可以設(shè)置煙霧濃度報(bào)警閾值為500 ppm，當(dāng)煙霧濃度接近設(shè)定報(bào)警閾值時(shí)，APP上出現(xiàn)“煙霧濃度過高，請注意”的預(yù)警提示。當(dāng)超過設(shè)定閾值時(shí)，監(jiān)測終端設(shè)備上的蜂鳴器發(fā)出報(bào)警響聲。

(a)溫度與煙霧濃度值正常 (b)溫度值超閾值報(bào)警 (c)煙霧濃度值超閾值報(bào)警

6 結(jié)束語

隨著中國5G技術(shù)的快速發(fā)展和部署，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用得到了極大的發(fā)展。文中設(shè)計(jì)的智能安防監(jiān)測系統(tǒng)，利用了NB-IoT、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，采用各種環(huán)境類傳感器采集數(shù)據(jù)，通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絀oT管理平臺，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到云端，再送至移動APP，實(shí)現(xiàn)消防和安全的統(tǒng)一監(jiān)控與管理，從而高效地做出相關(guān)執(zhí)行決策。通過測試表明，系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)合理，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測與遠(yuǎn)程控制報(bào)警的功能。同時(shí)，系統(tǒng)具有低功耗、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、部署靈活等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種室內(nèi)外場所。