基于窄带物联网应用架构的温湿度控制系统设计与应用

陈清毅

（云南大学 软件学院，云南 昆明 650504）

在现阶段，物联网已经从人和物体的连接拓展到物与物之间的连接，从而形成信息交流、共享、相互控制等。在现代化社会的建设过程中，物联网技术在智慧城市中广泛应用。截止到2020年，全球将有160万亿的物联网终端连接到一个大的物联网系统中。窄带物联网正是实现这一美好愿景的关键技术之一[1]。

1 窄带物联网系统架构

1.1 系统组网

在各行业中所构建起来的窄带物联网技术平台，都拥有完整的网络架构，由此确保实现物物之间的有效连接。整个窄带物联网系统架构是由垂直行业中心、云平台、核心网、基站以及下行的物联网终端组成的[2]。首先，构建一个开放、包容的云平台，将一些垂直行业中心都容纳进来，根据窄带物联网的关键技术所构建的窄带物联网核心网，以物联网基站为媒介，实现下行窄带物联网终端和核心网之间的信息传递，达到智能控制管理的效果。oceanconnect正是采用各大运营商架设的线性能量传递（Linear Energy Transfer，LET）基站，支持独立部署、保护带部署以及带内部署等多种云部署方式，提供了更加灵活的云服务能力[3]。

1.2 核心网架构

核心网算是窄带物联网系统的中心所在，所有的数据都要经过该网络架构实现传送[4]。一般情况下核心网架构有两种类型，一种是基于CLOT EPS控制面功能方案；另一种是CLOT EPS用户面功能方案。前者是窄带物联网系统应用的必备方案，后者则是可选和优化方案。将两者协同起来，构建起来的多主体优化方案能够为整个核心网架构提供智能化、多样化的帮助。oceanconnect构建起的生态开放架构，将两者都容纳进去了。

1.3 接入网架构

无线接入网站基站主要是通过基站接口接入物联网终端信息和数据[5]，多个基站之间同样实现接口连接，当用户设备出现空闲状态后，基站之间的接口会通过用户设备（User Equipment，UE）快速启动无线资源控制连接恢复流程，使得基站之间构建连接关系。可以说，窄带物联网接入网实现了垂直开放连接和水平开放连接。

2 窄带物联网应用架构的温湿度控制系统设计

从理论上来看，窄带物联网系统架构可以完成各行业的智能控制系统，但是在实际应用中，会存在不定性因素，导致其可靠性和稳定性受影响。因此下文主要展开对窄带物联网应用实现温湿度控制系统的设计应用测试。温湿度控制系统在现代工农业生产以及日常生活中发挥着重要的作用，能起到节约资源的作用[6]。在原理上是将其控制在一个恒定的温度中，若是采用合适的软硬件进行优化设计，则能够将温度量转化为一个具有更高可读性的数字量。传统的温湿度控制系统具有难以构建精准数字模型、控制精度不高等问题。而窄带物联网在软硬件上的系统架构设计，在一定程度上能够保障终端控制器在数据采集以及处理上的及时和准确性，同时还能够利用窄带物联网在低速率方面的优势，确保整个控制系统能够保障全时性的温湿度监测和控制。

2.1 温湿度控制系统终端设计

（1）温湿度采集模块设计。温湿度数据采集是系统硬件所在，需要全时性的数据监测以及收集，因此在设计中采用的是温湿度DHT11，具有微功耗、高可靠、高准确度等特点，供电电压为3.0～3.5 V。当传感器通电，等待1 s越过不稳定状态后，就能够随着外部温度的动态变化而产生电压变化，通过确认转换电路和信号检测为相对变化的电压，之后将代表着温湿度变化情况的模拟电压信号转变为单片机能够接收的数字信号。

（2）窄带物联网通信模块设计。通信模块是确保数字信号接收、传输具有及时性、准确性的功能模块。采用高性能、低功耗的通用无线分组服务（General Packet Radio Service，GPRS）模块R518芯片，该芯片工作电压为3.4～4.2 V，系统电压为3.9 V，在长期工作状态中，系统输入的电压会逐渐降低，通信模块采用并联电容以及滤波电容的方式，确保整个芯片电压能够保持在3.4 V以上。

2.2 温湿度控制系统主控制器软件设计

温湿度控制器软件设计是自主智能完成对外感知温湿度变化，并且控制温湿度达到既定效果的主要程序。通过启动电源模块、温湿度数据采集模块、通信模块等，设置整个系统模块的启动时间为1 s，当时间到了，则打开通信模块进行数据采集，均值滤波采样值，计算温湿度值，数据组合发送到通信模块，通信模块接收并将其处理成为系统可读的数据模式，最后进行温湿度的数据解读，由此完成一整个温湿度的控制管理。在oceanconnect温湿度控制系统设计中，让温湿度采集终端设备能够快速接入到系统中，并且将采集到的数据快速传送到基础平台，确保温湿度控制系统所在的行业领域能够根据数据变化情况展开下一步的工作计划。

3 结语

相较于传统物联网系统架构，窄带物联网系统架构是基于4GLET演进而成的分组核心网网络架构，在系统组网、核心网、接入网架构方面都具有应用优势。基于窄带物联网应用架构的温湿度控制系统是在这一系统架构的基础上，开发出温湿度控制产品和项目，完成温湿度的数据采集、数据共享连接以及数据处理等相关作业的。可以说，经过测试实践的窄带物联网温湿度控制系统具有温湿度控制效率高、控制准确等优势。因此在未来，窄带物联网在不断优化自身应用架构的基础上拓展业务范围，为社会进步带来更多的创新帮助。