物联网通用控制平台系统
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作者:吴雪琴
摘要：随着科学技术水平不断提高，人们对智能化要求也越来越高。为了提高处于不同网络设备的智能化水平从而方便快捷地实现物物相连，设计了一个物联网通用控制平台系统。该系统以云平台为基础，以智能通信协议为核心，采用底层感知、核心通信和应用业务三层结构实现。
关键词：物联网;控制平台;底层感知;核心通信;web服务器
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）06-0250-02
当今，物联网在实际生活的各行各业都有着广泛应用，但由于物联网需要连接各种各样的处于不同网络的设备，从而严重制约了物联网的发展，因此设计一个物联网的通用控制平台系统尤为重要。在本文中设计实现了一个这样的物联网通用控制平台系统，从而方便操作实现物物相连。
1系统简介
计算机技术、通讯技术的飞速发展促进了全球信息的交流和共享，人们的生活也发生了翻天覆地的变化，信息化、智能化与网络化已经渗入到人们生活和工作的方方面面中。其中，将嵌入式技术和网络技术相结合实现远程信息的获取与设备的控制成为当前研究与应用的热点。
在实际的物联网控制系统中，需要连接各种各样的设备，这比计算机传统的外设要复杂得多，而且这些设备处于不同的网络之中，因此设计一个物联网的通用控制平台就非常重要了。本次设计主要是以智能家居为例设计实现了一个这样的物联网通用平台。该平台由三个部分组成：云平台、智能设备通信核心、用户端APP组成。
2系统设计与实现
2.1系统说明
该系统是一个物联网通用平台，由于必须考虑到系统兼容性问题，因此在系统中选用多种灵活多变的协议，从而使得该系统能符合物联网通用平台的要求。
2.2系统结构层次
本系统分为三个部分，即作为云平台的底层感知层、智能设备通信核心层和用户端APP的应用业务层，系统结构如下图1所示。通过该系统可以扩展到对任何电子设备、传感器和执行器的控制。系统提供有MCU的SDK，用户只需下载SDK，修改设备ID和密钥就可使用定制智能设备通信核心和用户端APP访问。
本系统同时将三个部分抽离开，云平台可用多种协议接人，用户也可以自己定制协议实施。该平台能够让用户快速地使用该系统，从而应用到实际生产环境中。使用MCU提供的SDK，更加方便用户的使用。该平台除了使用WIFI作为通信模块以外，还提供了GPRS的通信方式，使得系统不仅仅只是利用路由器进行局部通信，更能将系统扩展到全球通信的范围。
2.2.1应用业务层
该层决定了系统用于什么领域以及所要实现的功能，它根据开发人员的实际需求，从而开发出相应的程序。由于系统采用多种协议的方式，因此系统具有很大的延展性和可扩展性，在这一个层次中，可以使用多种编程语言进行开发。
2.2.2核心通信层
这一个层次是系统中唯一不变的层次，在这个层次中包含多种协议的服务器以及多个网络服务器程序，从而为整个系统构建框架。在该层次主要使用了隧道服务器、反向代理服务器、SN分配服务器、数据库服务器、MQTT、Coap、REST HTTP服务器等实现功能。
2.2.3底层感知层
这是系统最终被控制或者采集数据的层次，包括各种传感器和执行器，根据应用层的需求来决定使用什么样的传感器和执行器。
3系统设计
将系统分为三个层次来进行设计，通信核心层不变，应用业务层和底层根据实际的项目需求来进行更替和裁剪，下面内容主要是核心通信层的实现方式。
3.1核心通信层结构
作为系统的核心，核心通信层为整个系统提供骨架，同时也是中间桥梁，它既能为上层的应用业务层提供设备的控制和采集接口，同时也能为底层感知层提供平台支持。
核心通信层包含多种协议，比如：隧道转发、MQTT、TCP、REST HTYP、Coap等。不同的场合采用不同的协议实现，即根据需要来选用不同的协议，这些协议分别对应不同端口服务器，用不同的协议接人不同的服务器即可。
该系统中的每一个服务器对应有不同的算法和协议，为了统一规划和接入方便，本系统提供接入设备的c语言SDK，后期会增加其他语言的SDK。每一个协议的接入方式大致一样，接入方式如下图2所示：
在本系统中，通过隧道转发技术实现访问嵌入式web服务器，并通过分配一个端口号用以监听端口，此端口可以用于公网服务器来监听服务器请求。在实际应用中，有时系统中不仅仅有一个web服务器，因为不同的传感器和执行器可以由不同的web服务器进行控制，此时可以通过SN分配不同的SN号进行对应。从而当web服务器进行端口转发时，服务器通过分配一个端口号来监听web端口请求来实现系统关联，整个流程如下图3所示。
3.2系统平台使用
物联网通用控制平台系统的使用主要在应用层实现。首先，用户可以通过控制平台系统登录到该平台并注册对应的用户，然后添加需要连接到系统的各种设备，不管是传感器还是执行器，并生成这些设备的ID和key;然后将SDK添加到设备工程中，修改为自己设备的ID和key以及密码，最后通过登录手机APP输入对应设备的ID号和密码后就可以通过此平台控制各种设备，该平台的使用步骤如下图4所示。
4結束语
本系统扩展性强，可移植性高，可以移植在众多的MCU上，同时该平台可以使用不同的传感器运用在不同领域。相比其他物联网系统云平台，本云平台添加端口转发功能，可以将服务器搭载到设备上，然后通过外网进行访问。该平台可以为中小企业提供定制方案，具有很广阔的市场应用前景。
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