基于OneNET物联网的智慧校园监控系统

赵阳 谢成杰 曾祥林 程家宜 吴清华

摘 要：基于OneNET物联网的智慧校园监控系统，主要针对高校校园环境管理与反饋控制方案，利用网络通讯技术、传感器技术等手段，以校园场所为基础单元，通过接入中国移动物联网有限公司OneNET平台，设计出以STM32单片机为主控制器，使用GSM和WiFi技术，实现对校园环境的实时远程监测，收集校园各个场所实时数据（环境温度、环境湿度、光照强度等）;教学固定资产定位;通过实现车牌识别功能建立校内行车记录系统。为师生提供高效、智能的信息化服务，打造数字化校园。

关键词：OneNET云平台;环境监测;车牌识别

1 引言

智慧校园监控系统是实现学校信息化建设的重要手段，通过信息化手段，传感器检测技术，物联网接入方式，将校园各个场景的资源、管理及服务流程数字化，搭建校园的数字环境，使校园环境数据凭借物联网信息技术手段，在时间和空间上延伸[1]。OneNET智慧校园监控系统旨在用层次化、整体化、战略化的观点来规划校园信息化建设，将校园内数据信息更好的整合、分类，让师生便捷地找到需要的信息，让管理人员科学、规范地管理校园，并且将这些信息准确地发布至平台，为老师、学生、工作人员提供便捷服务。

2 系统解决方案

本文基于中移物联网OneNET云平台设计实现，硬件处理器型号为STM32F103RET6单片机，采用两种通信方案来实现设备与云平台端的数据相互传输，第一种方式采用2G M6312作为通信模组，第二种方式采用ESP8266-S1作为WiFi通信模式;数字SHT20温湿度传感器用于检测设备环境的温湿度数据[2]，ADXL362的三轴MEMS加速度传感器，检测设备的实时倾斜角度数据;根据校园自动停车系统进行相关设计，采用STM32为主控芯片，OV7670摄像头模组为图像采集，TFT显示屏实时显示，进而让校园场景状况与OneNET实现互联互通。

2.1 电源解决方案

电源接口电路采用两个稳压芯片，MIC29302为大电流低电压稳压器，允许通过最大电流3A，电压输入范围是4-16V，输入电压经过U2大电流低电压稳压芯片降压稳压后，转换为稳定的4.1V电源输出，用于GSM模块状态指示灯供电[3];U1采用AMS1117 3.3V稳压芯片，为ESP8266模块和GSM模块提供电源，D1处采用SMBJ 5.0A二极管，避免外部直流电源因极性反接短路，F1为负载大小为6V/500mA的自恢复保险丝。

2.2 通讯协议解决方案

在智慧校园监控系统中，终端设备组成监测节点，通过MQTT协议将每个节点数据流上传至OneNET云平台，MQTT协议是面向物联网应用的即时通信协议，使用TCP/IP提供网络连接，能够对负载内容实现消息屏蔽传输，开销小，有效降低网络流量;适用设备和平台需要保持长连接的场景使用，可以实现设备间的消息单播以及组播，实现设备以应用服务器的方式对真实设备进行管理和控制。

2.3 传感器解决方案

温湿度传感器采用SHT20型号，该传感器与单片机之间采用I2C通信方式，在初始化传感器之后、对传感器进行设备在线检查、设备复位读取用户寄存器、检查数据准确性、测量温湿度、实现温湿度计算[4];加速度传感器为3轴MEMS加速度计ADXL362，采用SPI通信方式与单片机进行数据传输。

2.4 车牌识别解决方案

车牌识别部分程序采用OV7670摄像头和STM32F103RCT6主处理器，系统开启后，摄像头开始采集视野内的图像，通过倒计时的方式为车牌进入合适视角，倒计时结束后，摄像头开启中断方式获取最后停留的图片画面，自适应上下界限对车牌大小进行框定，然后进行颜色阈值划分，确定车牌蓝色所处范围，对框定的区域进行二值化处理，字符串分割，按照像素点比对，与定义的模板进行匹配，输出匹配后的结果。

2.5 位置定位能力解决方案

使用的定位方式为OneNET LBS位置能力，是一种通过移动互联网完成定位的方式，为用户提供高效、准确的定位服务，目前支持基站定位服务和WiFi定位服务;在基站定位服务下，能够基于基站信息的定位服务，覆盖三大运营商的2G/3G/4G基站信息，通过数据流上传方式，实现经纬度信息快速获取。WiFi定位能力是与周围热点为参考，将IP地址进行解析锁定，为开发者提供高精度的室内定位服务。

3  系统软件设计

3.1云平台的搭建

OneNET物联网云平台开发者分为个人用户和企业用户，开发的基本操作流程分为：平台用户注册→项目创建→设备接入→应用开发→上线发布[5]。用户注册时需要登录中移物联网开放平台https：//open.iot.10086.cn，注册个人开发者用户，创建个人开发者中心功能后，选择需要采用的接入协议，操作系统选择底层硬件设备类型，网络运营商可供选择，平台在设备添加设备时可以采用单台添加和批量添加，定制个人鉴权信息，选择设备为公开或私有，添加APIkey、记录设备ID、APIkey、鉴权信息、产品ID;将以上信息修改至移植配网模板。

3.2云平台应用可视化界面创建

根据每个用户的设计需求，平台针对项目种类进行统计，用户使用频率较高的组件进行拓展，设计出了上层的WEB应用程序，实时动态显示设备终端上传的数据流，以及用户对设备端的开关控制。数据终端和远端控制界面综合在一起，实时展示监控数据流，同时还可以对环境设备进行控制，实现校园环境指标监控系统形成闭环回路。如图1所示。

4  结论与展望

系统整体框架可以达到监控的效果，能够满足基本的控制要求;硬件设备终端主要完成校园环境数据的采集，采集之后的数据首先上传至云服务器，在WEB界面可以实时更新数据，同时手机APP端也可以查看实时采集结果、图表化显示、历史数据、设置报警阈值，同时设计GSM和WIFI两种网络接入方式，满足不同信号场景的需求，保证设备终端在节点部署时的实时性、快捷性的特点。

参考文献：

[1]宗平， 朱洪波， 黄刚， et al. 智慧校园设计方法的研究[J]. 南京邮电大学学报：自然科学版， 2010（04）：18-22+54.

[2]孙忠祥. 基于设备云平台的智能农业温室大棚远程监控系统的实现[D].哈尔滨理工大学，2017.

[3]聂源基，高常青，杨波.基于物联网的农业监测系统的设计[J].现代制造技术与装备，2019（12）：38-41.

[4]李建中， 高宏. 无线传感器网络的研究进展[J]. 计算机研究与发展， 2008（01）：3-17.

[5]崔佳宁，陈至坤.基于OneNet云平台的老年公寓健康监测系统[J].河北能源职业技术学院学报，2018，18（01）：67-69.