浅谈一种基于单片机OneNet设备云的远程监测系统在汽车行业的应用

贾志强 晏涛 吴俊林 刘小雪

摘 要 针对移动终端与智能硬件远程组网中，对智能硬件的结构要求复杂程度高，服务器程序设计复杂及专用服务器使用费高等问题，设计3种以STM32单片机为控制核心，结合传感器技术，集多种控制功能于一体，包括汽车试验时转速、扭矩信息设计适用的移动终端界面，对汽车测试数据进行远程监视。上位机选用中国移动物联网开放平台—OneNet设备云服务器，构建出智能硬件接入OneNet，实现远程监控的组网方案。本方案是把智能硬件终端采集的传感器数据上传到OneNet云平台，OneNet平台实现数据转发和存储，从而实现由移动控制端—云平台—智能硬件设备组成的远程监视物联网架构，并且能够实现在移动终端远程监控的同时，还可在云平台实时监测智能硬件终端数据和状态。

关键词 智能硬件；远程监视；OneNet云平台；物联网；单片机

前言

智能硬件是在传统硬件设备的基础上进行改造之后，通过软件和硬件相结合的形式，让它具备智能化的功能。完成智能化之后，硬件系统已经具备了连接网络的能力，实现了互联网服务的加载，具备了大数据等附加价值，形成了“云+端”的典型架构。在物联网领域，物体与物体之间的信息交互，物体与客户端的数据传输，需要一个通信平台支撑。那么一个基于STM32单片机为控制核心，结合传感器技术采集汽车试验时转速、扭矩信息，设计适用的移动终端界面，客户能够对汽车测试数据在上位机上进行远程监视。

1 汽车产业需求分析

汽车产业链是由上游的供应商企业群（汽车零部件制造企业）、中游的整车制造企业群（汽车制造厂）、下游的销售商企业群（各级汽车经销商、4S店等）、下下游的售后服务商企业群（汽车售后服务站、4S店、汽修店等）和物流商企业群所组成的大规模复杂供应链网络组织。其中在汽车零部件制造、售后服务、汽车性能试验等环节均需要用到数据的采集、分析及显示。本设计在汽车行业中的应用主要是以STM32单片机为控制核心，结合传感器技术，集多种控制功能于一体，包括汽车试验时转速、扭矩信息设计适用的移动终端界面，对汽车测试数据进行远程监视系统。本系统在整个汽车产业链的各个环节中都非常的必要，顾客可不用亲身去到汽车试验中心，在家即可远程监视试验数据，了解汽车性能，给客户带来了极大的便利。系统总体框图如图1.1所示[1]。

2 智能硬件概念

智能硬件与传统的工业产品在概念模型的表现上有着本质的不同。传统的工业产品定位于人类使用的工具，无论是机械类产品还是电子类产品，其操作方法多数是人类发出指令，产品精确地去执行，其概念模型属于指示类型，产品缺乏与人的互动与交流。而智能硬件是伴随着计算机与传感器技术的发展而产生的，它们可以与人类进行充分的交流，并能够智能地完成人类布置的工作与任务。

智能硬件的本质是在传统的硬件产品中加入计算机“大脑”，通过软件来控制硬件。智能硬件通过软硬件结合，对传统的设备进行改造，进而让其拥有智能化的功能。值得注意的是，智能硬件的功能是可以变化的，可以随着用户的喜好实施不同的控制，它们使用起来更自然，从而能够根本地改变人与技术的交互方式。本设计以STM32单片机为控制核心，通过无线传输模块实现上位机与下位机之间的通讯，传感器采集汽车的扭矩信号、转速信号等，将采集到的数据通过TCP协议实现上位机与下位机的数据同步，并在上位机进行实时显示[2]。

3 OneNet设备云平台架构

随着物联网大潮的到来，国内外多家运营商相继推出了自己云平台，服务于物联网应用领域，基于此，本设计提出了智能硬件接入中国物联网开放平台——OneNet设备云的研究方案，此平台面向所有硬件终端系统开放，是一款免费的平台。OneNet是中移物联有限公司基于物联网技术和产业特点打造的开放平台和生态环境，适配各种网络环境和协议类型，支持各类传感器和智能硬件的快速接入和大數据服务，提供丰富的API和应用模板以及支持各种行业应用和智能硬件的开发，能够有效降低物联网应用开发成本和部署成本，满足物联网领域设备连接、协议适配、数据存储、数据安全、大数据分析等平台级服务要求。OneNet搭建了一个云存储服务中心，专门用来解决数据接入之后的数据存储问题，这个存储中心具有高并发、大存储、扩展性强的优点。对于传感器数据的存储，通常需要多个服务组建共同来完成。因此本研究方案采用OneNet是最佳选择。基于 OneNet 的远程控制端可以是智能移动终端（手机、PAD等），也可以是个人PC机，只要可以与设备云平台建立网络连接，皆可作为远程控制端。

4 智能硬件接入设备云平台总体设计方案

设备云作为平台的平台，可降低开发成本，提供多元化的API接口，使用完善的开发工具为各个业务平台提供接入、存储、传输和展现等基础服务，为物联网开发商快速打造自己的产品提供了很大帮助。OneNet在实际应用中的结构层次如图4. 1所示：

本设计方案提出的将智能硬件接入设备云平台从而实现远程控制的步骤大致可分为三个部分：第一部分是智能硬件终端的数据采集和数据上传，各类传感器把所采集到的数据发送给硬件系统的MCU，MCU接收数据之后使用通信协议将其进行打包，进而通过网关上传到设备云服务器。由于OneNet设备云提供常用的Rest Ful API 接 口、Socket接 口，以 及 支 持MQTT、Modbus协议等接入协议，所以在终端对数据进行打包上传时可选择合适的通信协议。第二部分是智能硬件接入设备云需要注册个人或企业账号，凭借账号登录云平台，为自己的项目及设备申请ID号，经过一系列操作之后，设备云平台会为相应的智能硬件分配一个虚拟设备号ID和APIKEY，当接收来自智能硬件的数据请求时，设备云会根据对应的ID号和APIKEY进行鉴权工作，从而决定是否与其建立TCP连接。第三部分是设备云与控制端的数据通信，同样在控制端输入由设备云分配的ID号和APIKEY，通过相应的协议与其建立TCP连接，从而将控制命令发送到云端，数据在上位机上进行实时显示，用户可远程监视数据，最终到达智能硬件系统。总体设计方案框图如图4.2所示：

上位机界面设计如图4.3所示：

5 结束语

本文重点研究了智能硬件设备接入设备云平台（ OneNet） 的方法，实现了终端数据上传到设备云平台的通信方式设计方案，给出了设备云平台具体的通信方式、通信协议的选择方法和数据打包上传流程，实现了智能硬件的数据在云平台上的存储与转发，数据在上位机的实时显示。整个系统在汽车行业中的应用与带给用户的便利进行介绍，对于如何进行远程移动端的控制作了介绍，其实现方法与智能硬件接入设备云类似。

参考文献

[1] 马鑫，黄全义，刘全义，等.基于物联网的建筑火灾动态监测方法[J].清华大学学报，2012，52（11）：1584-1590.

[2] 侯琛，赵千川，李海涛，等.物联网中的嵌入式终端[J].电子测量技术，2014，37（10）：113-117.