基于窄带物联网的云平台无线数据采集控制系统设计与实现

夏传克　王鸿磊　殷智浩

摘要：现有无线数据监控系统往往存在信号弱、传输距离短、反控难等诸多问题，为了解决这些问题我们设计了一套基于窄带物联网的云平台无线数据采集控制系统。该系统分为两个部分：1）GPS定位采集设备及可扩展模块;2）移动终端数据监测及控制系统。GPS定位扩展模块可以实时定位设备位置。移动终端的检测及控制系统负责采集实时环境数据并显示车辆位置、描绘行驶路径并且下发命令控制继电器工作等。该系统成本较低，运行效果良好，具有较好的实际应用价值。

关键词：NB-IoT;精确定位;无线监控;云平台

中圖分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）25-0290-03

Abstract： Existing wireless data monitoring systems often have many problems， such as weak signal， short transmission distance， and difficulty in reverse control. In order to solve these problems， we designed a set of cloud platform wireless data acquisition and control system based on narrow-band Internet of things.The system is divided into two parts： 1） GPS positioning acquisition equipment and expandable module， and 2） mobile terminal data monitoring and control system.The GPS positioning extension module can locate the position of the device in real time.The detection and control system of the mobile terminal is responsible for processing and displaying the position of the vehicle， mapping the travel path and issuing the command and control relay work.The system has low cost， good operation effect and good practical application value.

Key words： nb-iot;Precise positioning; wireless monitoring; Cloud platform

本设计研究的是基于窄带物联网的云平台无线数据采集运输车辆内部、外部环境和运行状态问题，采集环境物理参数[2，4]，实时反馈车辆的地理位置[5]，进而做到环境数据过程的透明化。

1系统整体架构设计

基于窄带物联网的云平台无线数据采集系统是一种将硬件与软件、传感器和客户端相结合的综合性系统。系统主要分为两个部分，环境监测采集数据，和移动终端数据监测系统。本系统通过传感器模块采集数据，输送到云平台上进行数据处理，并实现实时定位、显示路线、报警、控制继电器进行供暖、补光、降温功能。

2 基于NB-IoT的扩展板模块设计

无线数据采集控制通过传感器采集到的数据上传到云平台，通过制作的Profile和编解码插件进行数据的上传、处理、分析、存储记录。

2.1 基于NB-IoT的GPS定位设计

GPS可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准[1]。但由于定位精度不够精确，用户终端接收GPS传过来的定位信息并对信息进行算法优化，本设计主要通过以下的公式来进行精度的优化：

2.2 基于NB-IoT的数据传输功能设计

窄带物联网的云平台无线数据采集系统通过传感器模块采集数据，输送到云平台上进行数据处理，后通过程序设计进行数据显示，并通过手机APP下发命令实现继电器控制设备功能，数据上传与接收流程图如图2所示：

3 OceanConnect开发者平台搭建

IOT管理平台的功能主要是提供对各种传感器、SIM卡的数据采集、管理功能，同时可以把数据开放给第三方应用系统[3]。设备使用的是NB的BC35的模组，使用的CoAP通过NB模组将数据上传到华为的OceanConnect云平台。云平台搭建流程如下：Profile制作——新增产品——新增属性——新增命令——制作编解码插件——新增数据上报、命令下发消息——建立映射关系。

OceanConnect开发者平台通过制作的插件接受下位机上传的传感器及扩展模块采集到数据信息，并且通过制作的插件来解析从而进行数据的实时显示，并且还可以查看通过手机APP对下位机下发命令的数据，从而控制继电器进行工作。

4上位机数据显示与控制程序设计与实现

手机APP通过申请的华为云平台的远程实验室Ocean Connect的平台通过填入设备对接地址、应用对接端口、APPID、密钥来进行登录从而从云平台获取下位机传感器采集到的数据。

手机APP点击下发命令按钮通过调用云平台接口发送给云平台，通过云平台向设备下发命令到下位机，从而开始控制继电器进行工作，从而达到补光、降温、供暖等功能的实现。

5系统总体功能测试

5.1 云平台功能测试

OceanConnect开发者平台通过CoAP协议来接受下位机上传的传感器及扩展模块采集到数据信息，并且通过制作的插件来解析从而进行数据的实时显示，并且还可以查看通过手机APP對下位机下发命令的数据。

OceanConnect开发者平台接收到下位机上传的温度、湿度、光照强度、烟雾浓度以及经纬度信息显示，如图3所示：

5.2 手机APP功能测试

手机APP登录后，点击命令下发可以下发命令，双击界面可以查看历史数据，点击GPS设备的查询当前位置就能够定位自己的位置。手机APP获取传感器的数据显示、命令的下发以及GPS定位等信息如图4所示：

6总结

本设计可以应用于信息融合技术的城市环境监测与预警等多个方面，有效的解决环境数据采集和控制等方面的常见的问题，对于NB-IoT的运用有一定的指导作用。系统整体分为两个部分：1）GPS定位采集扩展模块和WIFI扩展模块;2）移动终端数据监测及控制系统。实现了对环境的监测和控制以及车辆位置的经纬度和命令下发信息的存储查询，实现了对无线数据采集和控制的自动化管理。相较于其他系统本系统有以下优势：

1）系统的数据存储方面使用华为的云平台进行存储数据安全性较高，同时系统能够将数据实时传递给用户。

2）实时显示数据并可以查看历史数据同时以百度地图显示定位信息，系统更加直观便捷。

3）自定义警戒值和数据存储，可以让用户使用更加方便。

参考文献：

[1] 陈筱，刘丽，刘挚.基于实时定位报警系统的校园一卡通问题[J].信息与电脑（理论版），2018（5）：117-118.

[2] 全权，王帅.详解机器人基础入门知识[J].机器人产业，2018（3）：69-81.

[3] 皮和平.关于中国电信物联网的部署策略的探讨[J].移动通信，2017，41（6）：24-27+34.

[4] 钱涵佳，王宜怀，彭涛，等.轻量级窄带物联网应用系统中高效可验证加密方案[J].计算机研究与发展，2019，56（5）：1112-1122.

[5] 聂健波，吕洁印，周受钦，等.基于低轨卫星和窄带物联网的智能冷链运输终端系统[J].计算机系统应用，2019，28（4）：119-124.

【通联编辑：唐一东】