基于Arduino的低成本智能宿舍监控系统的软件模块设计

黄利红

(湖南软件职业学院,湖南湘潭 411100)

0 引言

随着物联网技术的发展,其产物已经渗透到了我们日常工作和生活中的每一个部分。我国教育现代化建设的发展,学生宿舍纷纷建成,对宿舍的智能化、人性化的要求有了第一步的提高。本文提出了一种基于Arduino开发板的低成本智能宿舍监控系统,该控制系统通过Arduino微控制器接收传感器设备传递的数据,处理后由传送至物联网云平台存入数据库中,上位机和移动终端也可以通过物联网平台查看数据或者发送控制命令。本文主要阐述该系统的软件模块的设计。

1 系统的总体设计和硬件设计

系统主要由四个部分构成:

(1)数据采集部分。(2)嵌入式平台部分。(3)物联网云平台部分。(4)终端控制部分。各部分的交互情况如图1所示。

图1 基于Arduino的低成本智能宿舍监控系统的总体设计Fig.1 Overall design of low cost intelligent dormitory monitoring system based on Arduino

系统的硬件包括了数据采集模块和嵌入式平台模块:

数据采集模块硬件主要包括温湿度传感器DHT11、人体红外传感器HC-SR501、烟雾传感器MQ-2、火焰传感器YL-38等。人体红外传感器,烟雾传感器,火焰传感器和蜂鸣器结合使用。

嵌入式平台模块硬件采用了Arduino mega 2560主板,搭配ESP8266作为无线模块。

2 系统的软件模块设计

系统的软件模块设计包括了三个部分:嵌入式平台模块与数据采集模块的交互、物联网平台与嵌入式平台的交互、终端控制模块的界面设计。

2.1 嵌入式平台模块与数据采集模块的交互

嵌入式平台模块与数据采集模块的软件开发是在Arduino IDE中进行的,主要的功能是协同已集成设计的各传感器完成相应功能。Arduino IDE是官方为Arduino系列的开发板专门设计的开源开发环境软件。安装好CH340驱动后,配置IDE,选择开发板的型号后就可以使用连接到计算机的Arduino开发板了。以温湿度为例,传感器采集宿舍环境中温度、湿度变量,将接收到的数据变量按一定规律转化为电信号,然后传送至嵌入式平台模块,由嵌入式平台模块进行相应的处理。在Arduino IDE中,先引用dht11库文件,定义温湿度的针脚号,然后读取DHT11传递的温湿度值。因为温湿度的值是变化的,所以将上述取值过程循环调用,获得一系列的温湿度值。如图2所示。

图2 获取温湿度程序Fig.2 Program for obtaining temperature and humidity

2.2 物联网平台与嵌入式平台模块的交互设计

硬件部分搭建好之后,嵌入式平台模块将与物联网平台进行连接。物联网云平台选择了中国移动物联网开放平台OneNET云平台。目前这个平台对设备的接入是免费的,符合该系统“低成本”的需求。OneNET是由中国移动打造的PaaS物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接,快速完成产品开发部署,为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。它提供了丰富的API接口,作为连接和数据中心,OneNET平台能够适应各种传感网络和通信网络,支持众多类型的传输协议,并且在云端提供数据存储功能,平台上规范化的产品管理应用能够满足大场景下的设备互联以及远程调度需求[1]。

嵌入式平台模块与物联网平台进行连接,首要在OneNET上注册用户账号,来创建个人“控制台”。注册完成后需要在OneNET Studio上创建自己的项目并将硬件设备添加进去。流程大致如下:登录注册-控制台-项目管理-设备管理-添加设备。如图3所示。

图3 OneNET平台的登录注册界面Fig.3 Login and registration interface of onenet platform

用户可以添加本项目所需要的设备、数据流、触发器、APIKey等。在该系统里,Arduino开发板被添加成设备之后,嵌入式平台模块将收集并上传各类数据。以温度湿度数据的上传为列: Arduino开发板与平台建立连接后开始上传检测的温湿度数据,设置为一分钟上传一次。登录onenet账号打开设备管理,然后查看设备下的数据流管理来确认数据是否上传。当查看到数据的显示图时,可根据上传的数据添加自己的应用,比如将温度或者湿度用折线图或者柱状图显示。也可以添加触发器,比如温度超过某个值时会发送邮件等。如图4所示

图4 OneNET平台的数据流管理Fig.4 Data flow management of onenet platform

简单的说,嵌入式平台模块可以将各传感器采集到的数据打包发送至OneNET平台,打包的格式有严格的要求。OneNET平台将上传的数据进行可视化处理,并且能够添加发送控制指令的,嵌入式平台模块接收到控制指令的时能及时进行响应。

2.3 终端控制模块的界面设计

在OneNET云平台上,还可在数据展示区建立数据可视化界面。这是目前国内其他物联网云平台所不具备的一大优点。当嵌入式平台模块设备与OneNET建立了稳定的连接后,根据一定的网络协议打包的数据会成功传送到OneNET,产生相对应的数据流。

此时在数据应用展示区,也就是监控界面设计区,可以自由进行相应的编辑。用户结合实际需要,拖拽顶部列表的组件添加至可视化编辑页面,可自定义修改组件样式。组件包括了组件图表、文字、地图、多媒体、控制、素材等。在设计时,只要将数据流与相对应的组件进行关联即可。如图5所示。

图5 基于OneNET智能宿舍监控系统的温湿度显示Fig.5 Temperature and humidity display of OneNET based intelligent dormitory monitoring system

基于OneNET云平台的远程监控界面建立完成后即可在电脑端通过账号登录云平台进行远程操作,此外中国移动物联网开放平台还有手机APP客户端登录,只要完成监控界面的建立,就可登录手机实现移动远程监控的目的[2]。

3 结语

本文以物联网以及其关键技术为出发点,对基于Arduino的低成本智能宿舍监控系统进行软件方面的设计,将OneNET云平台作为数据中心,减少了软件开发的工作量,极大地提高了工作效率,达到了够用、低成本的目的。