1、2.1.2 “物联网”基本概念52.1.3 “物联网”的发展前景52.2 物联网平台的相关概述62.2.1 OneNET 物联网平台简介62.2.2 OneNET 物联网平台发展理念62.2.3 OneNET 物联网平台的功能所在7第三章 环境数据之温湿度采集系统设计简介7第四章 环境数据之温湿度采集系统总体设计方案84.1 单片机的选择84.2 温湿度传感器的选择94.3 WiFi 模块的选择12第五章 系统设计方案145.1 系统软件设计方案145.1.1 系统的硬件设计思路145.1.2 主电路的构成155.1.3 传感器与硬件接口165.2 系统硬件设计方案175.2.1 软件平台开发
2、概述175.2.2 系统软件的设计思路185.2.3 软件的设计结构图195.2.4 软件的调试过程195.2.5 代码23总结 2. 7参考文献8致谢 2. 9第一章 绪论1.1 选题的依据随着高新技术的快速发展，社会的不断进步，人们在享受新科技带来便利的同时也在承受着日益严峻的环境威胁，大气污染、水污染、噪声污染等在时刻危害着人们的健康，特别是近年来雾霾天气的出现，给人们的身体健康带来了威胁对正常的生活秩序造成了不便。而我国的农业至今都正在朝着高效节能的方向发展。使得我国的农业化越来越标准。本文的设计师在物联网平台上的温度监测和控制系统主要由传感器采集数据、无线模块传输数据、无线模块与物联
3、网平台数据对接和物联网平台远程控制纽成。应用物联网和云平台的集成技术，构建全方位的环境监测架构，强化环境信息数字化管理,将会给环保的管理模式带来重大的转变1.2 选题的意义本文提出了利用最新的物联网平台和通讯技术，通过对各个传感节点的连接， 以达到对区域环境实时监测的目的回。把最新的技术应用在环境保护的问题上, 利用新技术的便捷和高效，实现环境的实时监测。应用物联网和云平台的集成技 术，构建全方位的环境监测架构，强化环境信息数字化管理,将会给环保的管理 模式带来重大的转变，对环保意识的提高和节能减排有着十分重要的意义。据调查可得，社会从互联网得到人与人信息互联服务需求，快速转为从物联网得到人与
4、人、人与物、物与物的信息互联服务需求的增加，信息化正在从互联网时代进入物联网时代。随着如今人们对物联网的认识还不到位，许多国内外学者进行相关研究发现，每个学者再对物联网的定义和认识上各抒己见每个人的观点都不同，现在的物联网被分成多个层面。更是不能够满足现代化的人们的各种需求。第二章 物联网与 OneNET 物联网平台的相关概述2.1 物联网的相关概述2.1.1 “物联网”概念的提出物联网的提出是在 1999 年，那时叫传感网。同时中科院的科学家也开始了关于传感网的相关研究以及关于如何开发使用传感网。而物联网真正的提出是在21 世纪初，而它的提出是因为一份报告，一份名叫 ITU 互联网报告 20
5、05：物联网才使得物联网真正的走入人们的视线，被世人们所熟知。同年，朱宏任总工程师发布了一份对中国的产业运作 2009 的报道，报告的主要内容是一个全新的概念，即是物联网。在 1999 年被提出的相关研究与朱宏任总工程师提出的概念略有不同。一时间关于物联网这个概念争论不断。到如今还没有一个真正能被大众所接受的概念。朱宏任总工程师曾说明：物联网技术就是将各种传感器技术与互联网网络相结合到一块，衍生产出的一种新兴技术。2.1.2 “物联网”基本概念我们的的时代是信息化的时代，许多新兴的信息技术在蓬勃发展。而物联网起源于传媒领域，是信息技术产业革命的第三次革命。物联网是基于互联网、广播电视网、传统电
6、信网等信息承载体，让所有正在使用和即将使用的各个用户或物品之间实现互相连接、传达信息的网络。“物联网概念”与 “互联网概念” 很相似。而物联网包括在互联网内，互联网比物联网更大，其功能更高，广泛应用在各个领域。互联网比物联网两者其实是在进行之间的信息交换互通有无。而物联网的概念是中国制造的，它现如今的概念及想法超越以前所有的曾经提出该概念的各位学者。 物联网概念其实是在计算机技术原有的概念基础上，利用 RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，各种物品都可以被认知，都可以像人类一样可以进行“话语间的交流”。互联网概念的实质
7、是利用射频自动识别计算机互联网实现物品之间的自动识别 技术与各种物品之间的互相连接与共同分享的功能。2.1.3 “物联网”的发展前景物联网概念自提出以来就在迅速发展，同时也带动了我国的信息科学技术行业的发展，增加了我国的国民经济。国家意识到这一发展迅速，更是任其随波逐流，同时国家也在大力推动工业化与信息化两个新兴的技术进行全方面的融合， 物联网是工业化是信息化之间的连和点也是突破口。许多专家都在将他们两化进行探究与融合。物联网的雏形早在 2009 年的报告上就崭露头角，它昭示的远大前景已是人人都能看出来，且毋庸置疑。物联网的发展与传感器的发展息息相关，传感器作为物联网传播的媒介，其重要性可想而
8、知。传感器在发展多年后，它的技术也是越来越成熟。在多年后， 传感器的功能很有可能已经涉及到机械业，而更高层次的机械人、汽车人也将会出现在大家的视野中。如果将智能家居与以后发展的传感器信号相结合起来，在加上我国的卫星技术，即是在你家中电器出问题的情况下，不需要打电话给维修公司他们也能知道你家中的电器出了问题并进行上门维修。这就是未来的物联网技术所要达到的目标，而且近在咫尺。而未来有一天，我们国家至终会出现该技术。除此之外，所有智能化的产品都是物联网所衍生出的新物品，如智能化的交通、智能化的医疗设备、智能化的电网技术、智能化的物流分拣技术、智能化的农业、智能化的电力、智能化的安防以及智慧型城市。2
9、.2 物联网平台的相关概述2.2.1 OneNET 物联网平台简介中国移动的物联网有限公司开发了 OneNET 物联网平台，该平台是基于物联网的发展而出现的，作为物联网平台的承载体。在这个平台被推行后，这个平台的高集成性使得使用该平台的每位用户节省许多其他方面的所需要的各种资金的投入，而且该平台支持的软件系统或硬件系统也能够降低关于物联网相关技术的投入资金。该平台不仅仅可以给各位用户提供相对应的服务，还可以为企业提供平台级别的服务，想要用此种方法去达到加快物联网技术的普及推广工作的目的。关于 OneNET 物联网平台的宗旨是：从由来到发展将会一直保持同样的态度， 去对待不同的客户，每个不同的客
10、户群都有不同的提出的条件，而该平台就是为每位不同的客服提供不同的服务，达到每位客户的满意。而创业型企业或个体用户该平台会提供基础服务，中小企业会在该平台得到更进一步的数据分析等服务， 而该平台的大客户或重点客户则可以提供该客户所提出的任何相关的定制服务。该平台的服务态度超级好，这也是一个大型的服务行业。2.2.2 OneNET 物联网平台发展理念OneNET 始终致力于开发者的体验，提高服务质量，着手用户经营，深入进行运维管理和云端大数据的分析，长期发展“三大一轻”的平台级服务，打造用户导向的物联网生态环境。OneNET 平台始终以“云管端”为相关的核心理念。2.2.3 OneNET 物联网平
11、台的功能所在在查过资料又将网上的数据查到的数据进行对比和分析得出以下六种功能： 第一种功能：设备云管理- 实时监控管理接入设备的状态与运行情况，并对设备进行远程操作第二种功能：协议适配- 该平台能够与多种网络达成协议，在各种网络都可以使用，包括近些年刚出的智能家居行业 私有协议：RGMP 公开协议：HTTP、EDP、MODBUS、MQTT、JT/T808 第三种功能：流分析- 开发者自定义设备数据流类型和数据模板，让上传数据可视化展示第四种功能：轻应用快速生成- 该平台能够提供载体去让每位客户可以使用各种 WEB 网络和各种搭载平台第五种功能：API 功能- API 功能具有高开放性的 API
12、 接口，可以让用户在 SaaS 层与 PaaS 层进行连接第六种功能：在线调试功能- 该平台可以提供虚拟的在线调试工具 第三章 环境数据之温湿度采集系统设计目前我国一直再向数字化、智能化发展，随着科学技术的发展，我国对科学技术的重视也越来越强。本篇论文的设计核心是单片机、温湿度传感器以及wifi 模块三者直接无缝的配合，三者各抒己用，达到温湿度采集的全过程。最终实现使用温湿度传感器监测环境的温湿度并上传到到中国移动OneNet 物联网平台。该系统能够实时对环境的温湿度进行信息的采集与传输，通过传感器的信号将信息转化为电能信号向单片机发送过去并让其进行系统的数据处理。而单片机在这里承担的作用是通
13、过 wifi 模块将分析好的信息数据通过网关相关设备发送到OneNet 物联网平台达到整个温湿度采集信息及传输的功能。当然这所有的硬件设施与软件设施以及传感器的信号都需要他们之间的相互配合去实现这整个首先设定好的功能。第四章 环境数据之温湿度采集系统总体设计方案4.1 单片机的选择单片机是在整个系统中不可缺少的媒介，我们就需要细细的选择最适合我们这个系统设计的所需要的要求。所以我们对以下这几种单片机的功能及适用的系统进行分析。51 单片机 该单片机可以兼容一切的8031 指令，所以被称作51 单片机。随着各种单片机的发展，以 8004 为原型的 51 系列单片机逐渐也变成如今应用较广泛的 8
14、位单片机。51 系列的单片机最具有代表性的是 ATMEL 公司的 AT89 系列，已经被普遍应用于现代各行业使用中。51 系列的单片机也被国内外称作学单片机的人们比较基础的入门单片机。STM32 该单片机核心是 ARM Cortex-M，是一款性能极佳、功耗极低的32 位核心处理器，适用于需要进行实时交互的场合以及可以在低电压下进行相关的操作。以 ARM Cortex-M 作为标准进行相关分类，可以将 STM32 分为多个类别，从 STM32F101 一直到 STM32107，每个系列都有不同的特点与特性。其中 STM32F103 系列又以高性能在同类产品中性能位居第一，它的最高晶振频率可以达
15、到 72MHz，而 STM32F101 则是所有 16 位产品中性价比最高的 STM32 系列的单片机。STM32 的功耗较低，仅为 36mA。MSP430 MSP430 系列单片机是一种 16 位的混合信号处理器，该混合信号处理器在工作过程中消耗的能源与电力相当少，这就使得该混合信号处理器在投入市场以后就得很多人的喜爱，而且它在各行业的相关领域使用时具有较好的反响。后期该公司对该处理器做了相对应的简化处理，使得功能更齐全，只是也有不足之处。而之所以称 MSP430 为 MSP，是由它的实际应用需求所决定的.根据不同客户的需求分析，该单片机可以将电路和处理器集成在一个芯片上，来达到各位用户的需
16、求。在单片机的市场上，通常应用在电池供电的便携式仪器仪表中以及初步学习单片机的人们。Arduino Arduino 是一款使用起来十分方便，使用者能够快速上手的单片机平台。使用者只需通过少量的简单函数对库文件进行调取就可实现相应的功能。该平台主要由两部分组成：硬件电路板和软件。Arduino 平台可以较好的利用各种各样的传感器去测试要测试的范围，当然在测试时也会范围的限制，还可以使用它的功能去控制被检测到的物体。开发人员可以使用特殊编程程序的软件来编写程序。编写后，程序需要编译成十六进制文件，然后将软件烧入芯片中，达到编程和烧录的目的。4.2 温湿度传感器的选择DHT22 DHT22 数字温湿
17、度传感器是一款可以直接输出校验过的数字量，无需二次转换的复合传感器。优点：价格低廉、数字输出、超低能耗、远距离传输主要组成：NTC 测温元件、电容式感湿元件应用领域：汽车、家电、空调尺寸规格：12*15.5*5.5mm 电气特性：AM2320 AM2320 数字式温湿度传感器和 DHT22 数字温湿度传感器一样，无需进行二次传输。电容式感湿元件、测温元件、微处理器通信方式：单总线通信、标准 I2C 通信12*15*4.5mm 电气特性： VDD; SDA GND SCL 4.3 WiFi 模块的选择WU105 WU105 模块不仅价格便宜而且功能多用还能够支持 802.11 协议的 WiFi
18、模块。超低功耗、睡眠模式、串口数据透传家庭自动化、遥控玩具、网络摄像机尺寸规格：28.5*17*3.3mm 通讯方式：TCP Server、TCP Client、UDP 天线形式：外置天线、板上天线引脚说明：ESP8266ESP8266 是一款具有耗能低特点的 WiFi 模块，11*10mm 的尺寸和节能等特点使它在同类产品中出类拔萃，专为移动设备和物联网应用设计。超低能耗、体积小、引脚丰富、内置协议、支持天线分集主要组成：接收器、发射器、时钟生成器、电源管理、实时时钟尺寸规格：11*10mm 硬件接口：UART、IIC、PWM、GPIO、ADC 主要功能：串口传输、PWM 控制、GPIO 控
19、制工作模式：STA、AP、STA+AP 第五章 系统设计方案5.1 系统软件设计方案5.1.1 系统的硬件设计思路我设计的该系统想要实现的功能是：使用温度传感器实时监测温湿度的情况，再使用单片机通过 wifi 模块将分析好的信息数据通过wifi 模块做媒介将采集到的数据发送到OneNet 物联网平台达到整个温湿度采集信息及传输的功能。想要达到整个系统的完成工作，就必须按照功能来设定每个物品的作用。可以分为以下几个部分: 数据处理的模块；在此处，为了适应该系统的部分功能，决定采用 Arduino UNO R3 类型的单片机，该单片机无论是软件设施还是硬件设施都非常适合该设计的系统。而且该单片机配
20、置齐全，使用起来也较方便。在这里使用Arduino 单片机来完成温湿度数据的采集和运算功能将会对整个系统的完成大有裨益。单片机采集和运算功 能完成之后再利用wifi 模块上传分析后的数据。 数据传输的模块；在数据完成采集之后，自然是要再选择一个传输模块来实现将信息传输到计算机系统里的功能。在这里，为了适应该系统的部分功能，决定采用ESP8266WiFi模块，该模块在工作时的特点是：非常低的功能消耗，可以间接地减少消耗资源；而且硬件接口非常丰富，适用于各种硬件的接通，该模块常常适用于物联网等各种相关应用的场合。下面是关于该模块的一些性能的简单描述：它的gital 数字 I/O 口 013，其 A
21、nalog 模拟 I/O 口 0-5。与此同时该模块还支持ISP下载功能，功能多样化。除此之外，该模块的中央处理器是Atmel 品牌的中央处理器。而该模块 Arduino 的尺寸仅有 70*54mm，较小且方便使用。 温湿度采集模块；该系统的温湿度采集模块准备选用DHT22 型传感器，该传感器的性能机可靠又稳定，采用该模块的原因是其低廉的成本、反应的快速和极高的性能特点。接下来就是本篇论文在设计的系统中温湿度采集系统的原理的框架图：温湿度采集系统的全部过程是：在系统开始采集温湿度数据时，DHT22 传感器检测周围环境的温湿度，接着传输给Arduino 收集模块，而Arduino 收集模块将系统
22、接收到的数据进行相应的分析整理后经由ESP8266wifi 模块作为搭载的平台将检测到的温湿度传输到中国移动 OneNet 物联网平台，如此一来，这样每位用户通过中国移动OneNet 物联网平台可以监视周围环境的在线情况。整个温湿度采集系统的全部过程就是这样。5.1.2 主电路的构成主电路图晶振电路图电路中的重要组成部分是使用 16MHz 晶振为单片机提供标准的时钟信号，同时也是整个电路的核心部分。供电电路以上图表中的烧写器有两种方法可以完成烧写任务，一方面是能够通过利用ICSP 协议对该单片机进行在线烧写的工作指令，另一方面是可以通过 USB 口利用串行通信完成烧写任务。目前较主流的下载方式
23、都是通过 USB 口进行下载，因此 ICSP 协议在现如今的社会上很少用到。该烧写器的用处还是挺多。相信经过一番的改良后还可以被人们所认可接受。复位电路复位电路使用一个单刀单掷开关作为复位开关，开关接地后拉低电平，实现对单片机的上电复位。5.1.3 传感器与硬件接口ESP8266 模块- Serial3 （TX3/RX3）用户发送和读取 WIFI 指令DHT22 模块- D8 单总线读取温湿度数据值DEBUG 接口- Serial（D0/D1） 5.2 系统硬件设计方案5.2.1 软件平台开发概述Arduino IDE 作为该系统的软件设施部分，其集成开发环境是由文本编辑器、消息区域、文本控制
24、台和工具栏四部分组成。其中代码作为项目在编辑器中保存。当保存、输出以及运行出现错误时人们可通过消息区实时知晓反馈信息。错误消息和其他信息输出显示在控制台上。Arduino IDE 的独特优点是： 在使用该平台时，其操作简单易懂，就算是第一次使用，使用者也可以很容易就上手。 该平台的局限性较低。甚至该平台还可以跨系统使用。目前许多人在使用时的主流系统就是 Arduino IDE、 该平台的接口适应各种软件的接口，使用率较高。该平台拥有极高的自由度。其拓展性也较高，具有好的发展前景。 该平台在开源协议允许的情况下能够进行修改和发布，就不需要在需要修改和发布时到产地去跑一趟，比较方便。Arduino 的基本结构（1）1 个 9V 直流电源输入（2）1 个 USB 口，用以连接计算机（3）14 个数字输入/输出端（4）6 个模拟输入/输出端使用 Arduino IDE 的注意事项（1） 该平台在工作时处理速度较慢，基本
