基于OneNET和Arduino的小型泵站远程监控系统设计＊

□赵九洲 李玉玲 周小波 曾文明 李光辉 阮红丽 卢珍 梁君

/四川省农业机械研究设计院

0 引言

随着物联网技术的发展成熟，远程管理使分布广泛的农村小型提灌站的管理变得简单起来，同时也节省了大量的人力成本。本文基于中国移动提供的物联网云平台OneNET和开源Arduino硬件等技术进行了农村小型提灌站远程监控系统的设计研究。

1 系统选用技术介绍

1.1 OneNET云平台

OneNET是中国移动推出的物联网开放云平台，作为物联网系统中的传输层，它向开发者提供智能硬件开发工具和云服务，各类终端设备可以方便地接入到网络，实现数据的传输、存储和管理等交互。平台能够帮助开发者轻松实现设备的接入与连接，快速方便地进行产品开发部署，为智能硬件等产品提供完整的物联网解决方案。支持多种物联网行业及主流标准协议的设备接入；同时还提供了Java、C语言等多种语言的开发SDK，能够帮助终端快速接入云平台和快速开发应用。OneNET作为平台服务层，为软件服务层和设施设备层搭建了连接桥梁，分别向上下游提供了中间层核心能力。

OneNET的接入协议包括EDP、MQTT、TCP透传等。终端主要通过TCP与OneNET直连，OneNET将接收到的数据按照协议解包然后存储，并以API的方式提供给应用层使用，OneNET应用如图1所示。

根据上述资源模型以及对接方式，笔者基于OneNET平台按照以下流程进行了产品开发，如图2所示。

图 1OneNET应用示意图

图 2 产品开发流程图

1.2 Arduino单片机

接入OneNET云平台的硬件可以是各种可联网的设备，比如各种单片机、手机等。这里选择Arduino单片机作为硬件单元。Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，可以用来开发交互式智能产品，包含两个主要部分：硬件部分Arduino电路板和ArduinoIDE程序开发环境。Arduino电路板可以连接各种传感器，板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。

Arduino编程环境可以完美兼容MacintoshOSX，Windows和Linux等操作系统，同时Arduino控制板价格低廉，既可亲自组装，也可以购买完整成品。它的软件是开源的，程序员可以根据需要对其进行扩展。Arduino编程环境也很简易，可以很容易学会并熟练使用。

图 3 系统结构

1.3 SIM868通信模块

SIM868通信模块是SIMCOM公司推出的通信模块，其性能优越，体积小巧。该模块实现了完整的四频段GSM/GPRS，同时集成了GPS和蓝牙技术。可以低功耗实现语音、短信、GPRS数据、蓝牙数据传输和高性能全球定位，支持GPS、北斗和GLONASS三大定位系统。目前免费提供基站定位。

2 系统设计

2.1 系统需求背景

农村小型提灌站逐年增多，大量的小型提灌站需要进行管理，传统的各村社安排人员看护费时费力。随着物联网技术的发展成熟，通过物联网远程管理分布广泛的农村小型提灌站成为可能。本系统基于中国移动提供的物联网云平台OneNET和Arduino环境进行相关应用的探索与设计。

2.2 系统总体设计

本系统监控终端选用Arduinomega2560作为主控板，该主板处理器核心是ATmega2560，具有54路数字输入输出口和16路模拟输入，非常适合需要大量I/O接口应用的设计。该系统中主板需要接入电流、电压、管道流量、压力、进水池液位和门禁开关传感器以及两路继电器；电流电压传感器用于监测电机的运行状态，流量压力传感器用于监测出水管道的状态，进水池液位传感器用于监测进水池水位水量情况，门禁开关检测用于检测泵站的门是否被打开，两路继电器分别用于水泵管道阀门和水泵机组的开关控制。

主控板读取分析传感器数据来控制继电器的开关，继而控制水泵机组和电磁阀门的开关，同时通过SIM868通信模块将数据传输至OneNET云平台。OneNET云平台作为服务器，通过GPRS与SIM868通信模块交换信息；同时，基于OneNET平台提供的API开发出跨平台的应用系统，手机等客户端设备可通过应用系统实现与Arduino通信，从而达到监控的目的。系统结构如图3所示。

2.3 程序设计

1）OneNET云服务器设计如图4所示。首先在OneNET云端通过用户注册，使用其提供的数据模板添加电流、电压、流量、压力、继电器开关、位置的数据参数，用以存储终端设备Arduino物理层发送的数据。

图 4 OneNET云服务器设计

图 5 客户端应用系统

然后利用OneNET平台提供的API开发简单的客户端应用系统并发布到平台上，客户可以通过手机、PC等访问平台，通过平台可以实现远程控制Arduino单片机和查看相关的数据，客户端应用系统如图5所示。

2）Arduino设备端主要程序设计。Arduino通过I/O口与管道流量、压力传感器、进水池液位传感器、水泵机组的电流电压传感器、继电器连接，读取传感器的数据并发送至OneNET云平台供客户端应用查看使用，同时接收OneNET转发的客户端应用发出的控制命令，从而控制继电器工作。主程序使用C语言在ArduinoIDE开发环境中完成编写，然后将程序编译烧录到Arduinomega2560主板上。

程序的主要功能函数如图6所示。

3 结语

本文通过对Arduino单片机和OneNET云平台的学习研究，搭建了小型泵站的远程监控系统，实现了对小型泵站的远程监控与管理。与传统的自建服务器、开发上位机接收数据相比，云平台的应用能节省大量的人力物力等资源，同时，其运行更加稳定、功能更加丰富，跨平台开发更加方便。将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，能使传统农业生产更加高效便捷。

图 6 程序的主要功能函数