物联网的设计

本文阐述物联网的设计过程。此工程实例详细说明如下:城市需要对多个端点（里面加热，温湿度数据）实例证明，所有信息需传送到一个Web Service 上显示，而这就是一个物联网的设计过程。为了实现这个Project本系统设计意志就是采用传感器和嵌入式系统组成主机，将采集到的数据信息通过TCP/IP协议由GPRS模块发送到GPRS公共网络。采用socket编程技术建立TCP/IP服务器，接收嵌入式主机发送的数据信息，将数据上传到Internet。很好地实现了在互联网基础上通过无线网的联立，构建新型物联网。

一、系统概述

系统由以基于嵌入式为主机的数据采集发送终端、移动GPRS网络、公网固定IP（服务器）、客户端4部分组成。系统的总体结构如图1所示。

图1、系统总体结构

二、基于嵌入式为主机的数据采集发送终端

1、数据采集发送终端的硬件设计

系统硬件结构框图如图2所示。数据采集发送终端的控制器采用LPC2138，该芯片是一个支持实仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7TD-MI-STM CPU的微控制器，并带有512KB高速Flash存储器和具有独立的电源和时钟源的实时时钟，片上集成了丰富的功能部件，如SPI （Serial Peripheral Interface）串口，UART0、UART1全串口，A/D转换等。很好的满足了硬件系统的要求。

图2、硬件结构框图

传感器部分使用DHT90温湿度数字传感器采集温湿度数据，使用RS485总线连接异步串行通信UART0端口，并将控制器配置成RS485主机。通过RS485总线与LPC2138进行通信，因为使用RS485总线，可以同时接受多路温湿度传感器的数据信息。

GPRS无线模块采用BenQ公司的M23G,M23G支持GPRS功能，并且内嵌TC/IP，可用于实时性较高的、数据传输量相对较大、传输速率相对较快的数据通信领域。通过软件控制，可实现与Internet固定IP地址双向数据传输。 2、数据采集发送终端的软件设计

数据采集发送终端的应用软件程序设计主要包括以下两个部分：GPRS接受命令和数据采集与发送两个部分。应用程序软件是基于嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ。软件流程图如图3所示。

应用程序定义了四个主要的时间标志位：GPRS在线标志位、数据采集标志位、采集完毕标志位和接受命令标志位。这四个标志位协调系统的数据采集、数据发送、接收命令等任务。当初始化完成后，获得GPRS在线标志位，连接服务器成功后即可进行命令接受以及命令解析。系统主要设置了三条命令，分别是采集发送数据命令，设置采样频率命令和采集数据量大小命令。每个命令的获得都会置位相应的标志位，通过对标志位是否置位的判断来决定程序下一步的执行。在系统软件中可以设置采集发送的时间间隔（默认为15分钟），即每隔15分钟，采集发送终端通过通用TCP服务器软件将采集的数据包发送给客户端。同时可以改变采集数据包的大小（默认为1024字节），即改变数据采集动态缓冲区的大小，数据缓冲区满即可发送数据。

图3、系统软件流程

数据采集完毕后置位采集完毕标志位，可进行数据发送。每次写入GPRS的最大的数据包为1024字节，超过1024字节数据做下一包发送，最后发送小于1024字节的数据包。

三、移动GPRS网络

GPRS组网方式采用的是企业公网组网方式。中心站配置固定的IP地址，而远程终端实行动态的IP地址分配。远程终端开机后，主动连接服务器，进行数据采集，终端模块自动获得IP地址，主动上报到服务器，并以xml的格式将采集到的数据进行保存，客户端通过访问WebLogic服务器，查看接受到的数据。

四、公网服务软件的设计

服务器软件的实现是采用Socket（套接口）编程技术，考虑到本系统服务器程序必须能在任何时间处理多个客户连接，因此该程序是一个多线程TCP服务器。一个TCP连接的建立开始于TCP客户机创建一个套接字，然后调用connect函数来启动三次握手操作，与远程服务器建立连接。在服务器方面，通用是首先创建一个套接字，然后调用bind函数绑定自己的公认端口号，接着调用listen函数来准备接受客户端请求，最后调用accept函数来完成信息传递。

图4、 公共服务器设计流程

在本系统的设计中，共建立了两个任务。一个任务用于完成数据的监听接受并处理。当监控服务器监听端口时，发现有采集终端对服务器发出的连接请求

时，就接受远程采集终端的连接请求，并以XML格式保存接收到的数据。由于每个GPRS模块都有一个唯一的ID号，因此根据这个ID号来识别该系统检测的具体位置，并在XML文件中以进行标记，同时包含当前时间、温度、湿度三个属性值，如果接收到一个新的GPRS的ID号，将启用一个新的terminal标记。另一个任务用于完成对键盘的监控，并把用户输入的合法相关命令编辑成命令字符串发送数据采集终端。对于不合法的命令抛弃并输出相关提示信息。结合Socket编程方法和具体的应用，服务器软件流程如图4。

五、客户端的实现

客户端方面采用基于RIA模型的FLEX技术来开发Web页面。客户端通过Web浏览器以HTTP协议调用Web页面。界面能够显示系统状态、下达配置参数、显示现场采集的数据。WEB页面与Web Service组件通信，把用户的参数传递给Web Service。

使用Flex技术可以构建体验丰富的客户端程序，同时Flex还具有Push技术，可以把服务端的信息适时的显示到客户端上 ，这也是把Flex技术使用到数据采集领域的重要原因，也是本系统选择使用Flex技术的主要原因。

系统的Web Service设计采用面向服务的SOA设计，这样可以提高系统的反应速度，便于以后对系统的维护。对于软件设计的总体符合门面模式的软件架构，上层直接调用下层的接口，而不是具体的实现，这样有利于软件的扩展和维护。

上述调用过程的核心代码如下：

//使用Flex的定时器，实现对数据的刷新

import function time():void{ var timer:Timer = new Timer(1000);

();

, onTimer); }

//设置时间监视器来监听事件

[Bindable]

public var i:int=new int(0);

private function onTimer (event:TimerEvent) :void{

}

//使用Flex调用服务

< Size >{size}

//服务器端C#平台调用声明 public static Buffer; public static Version; [DllImport(\"\"]

Public static extern bool DNS_Version (ref Buffer, ref Version, Size); //DLL方法的调用

Bool st=DNS_Version(ref Buffer,ref Version, Size);

客户端的页面如图5

图5、富客户端的web页面

六、结束语

将嵌入式系统采集到的适时温湿度情况数据信息，通过TCP/IP协议经由GPRS网络无线传输到TCP服务器，并上传到Internet。利用RIA模型进行动态调用。本系统体现了通过嵌入式系统使物联网在基于Internet上实现的可行性。