徐毅　秦宁宁

摘  要：文章基于OneNET云平台，设计了一个物联网综合实验，重点介绍了实验所搭建的物联网系统的架构、功能需求以及实验开展的可行性。实验项目贯穿了传感器、通信、数据库以及信号处理等等专业知识，较好地解决了物联网实验中理论联系实际的问题，为物联网专业核心课程实验教学的开展提供了有力支持。

关键词：OneNET云平台;物联网;实验教学

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）10-0050-04

Abstract： Based on OneNET cloud platform， this paper designs a comprehensive experiment project of Internet of Things（IOT）. The project focuses on the architecture， functional requirements and feasibility of the IOT experiment. The experimental project runs through the professional knowledge of sensors， communication， database and signal processing， which solves the problem of integrating theory with practice in the experiment of IOT， and provides strong support for the experimentalteaching of core courses of IOT.

Keywords： OneNET cloud platform; Internet of Things（IOT）; experimental teaching

一、绪论

长期以来，我校物联网实验课程教学遵循传统的教学模式，按照实验预习、实验实施、实验报告方式进行。实验均以现场的验证性实验为主，实验资源利用率低、学生动手机会少，物联网知识综合应用能力的锻炼机会少。因此，迫切需要改变传统物联网实验教学管理模式和课堂实验模式，研究新的实验教学手段，充分利用已有实验资源，创新实验教学方式，提高实验教学水平[1]。

OneNET是中国移动物联网的开放平台，可以解决协议适配、海量连接、数据存储、设备管理、规则引擎、事件告警等物联网应用开发的共性问题，平台支持多种行业及主流标准协议的设备接入[2，3]，如MQTT、CoAP、TCP、HTTP、Modbus等，满足多种应用场景的使用需求，提供设备生命周期管理，支持用户进行设备注册、更新、查询、删除，提供设备在线状态管理，开放API接口，通过简单调用快速实现应用生成[4，5]。

因此，基于OneNET的功能和实验室已有的物联网实验平台，设计一套“环境参数监控系统”的物联网综合实验方案，贯穿物联网的感知层、网络层、应用层，可以使物联网专业的学生得到综合锻炼。

二、系统架构

基于OneNET云平台，“环境参数监控系统”综合实验主要功能包括：系统的感知层将实验室已有平台上的温湿度传感器等采集到的模拟环境数据周期性上传至OneNET物联网开放平台;应用层实时显示温湿度等数据，能够实时控制感知层的电动机转和停。环境参数监控综合实验设计的具体架构如图1所示。

目前学院实验室使用的是GEN-0200B新型物联网传感器节点，其外观如图2所示。

所设计的综合实验的终端软硬件主要拥有以下几个功能：环境参数采集、采集的数据通过无线通讯模块上传云平台、响应云平台下发的控制指令。本综合实验系统主要采用STM32系列芯片，并搭配了各种温湿度、光照等传感器采集环境数据，然后将采集到的数据经由无线模块上传数据到OneNET云平台，最后主控器通过向继电器发送信号，实现终端设备的启动和关闭。硬件架构图如图3所示。

在本次设计的物联网综合实验系统中，主要包括：

应用层：负责对传感器采集的数据进行展示、管理和响应的处理，并提供检测与控制的web端和控制UI界面，从而实现环境的监控。

传输层：负责对数据和指令的传输，把感知层采集到的环境数据上传到平台层，系统利用无线传输模块通过MQTT协议上传到OneNET云平台，同时将平台层发来的控制指令发送到终端执行器。

平台层：负责对上传数据的存储、管理，云平台对数据进行处理，实现数据的显示。

应用层：负责对云平台转发的数据进一步处理，用户通过浏览器、手机APP就可实现对环境的监控，大大简化了用户的操作。

本综合实验设计的环境监控系统的监控软件包括：云平台的UI监控界面和浏览器web端，两组监控系统简洁的操控界面必须面向用户友好，只需登录浏览器即可实现对模拟环境的远程监控。基于云平台的模拟环境远程监控系统总体功能模块如图4所示。

三、综合实验系统的可行性分析

1. 技术可行性：本次物联网综合实验设计的环境参数监控系统基于OneNET云平台、STM32嵌入式技术、B/S结构开发技术和传感器技术都是较为成熟、普遍流行的技术。tomcat+java/jsp+mysql+Linux组成的网页端开发技术，现阶段十分流行，且有大量相关项目可供分析。

2. 经济可行性：OneNET云平台目前完全免费，实验资源也是本实验室已有的资源。部署于web端的管理系统也可在个人CP中编写实现。系統主要成本为采集的智能终端设备费用，这部分费用在设计承担范围之内。

3. 目标可行性：本实验设计方案综合了物联网专业学生所学的核心课程知识，包括传感器、数据库、无线传感网、通信原理、信号处理等，实验效果直观，学生的体验感强，学生可以充分利用课余时间来完成这个综合实验。实验完成后，只需登录OneNET云平台或web端即可实现对环境参数的远程监控，实验效果明显直观，也便于实验老师来检验实验完成情况。

4. 实验效果评价的可行性：通过OneNET云平台上位机软件设计，可以直接检验本综合实验的实验效果。

学生需要在OneNET云平台上实现UI监控界面，首先要让学生结合实验资源在线创建自己的产品和设备，将本实验系统看作一个产品，系统的终端硬件对应产品下的设备，学生根据自己的需要以不同的协议接入。在完成创建产品和设备后，学生即可在开发者中心看到系统的详细信息。学生进入OneNET应用管理下的编辑应用界面，实现OneNET云平台上的数据流可视化。该云平台的另一大特殊之处在于，其支持监控页面嵌入功能，学生可以将监控页面嵌入到用户的web端网页上。学生只需在应用管理界面获取应用嵌入代码即可将其引入自己的网页端中。

图5是基于OneNET云平台温室大棚监控的一个最基本的界面。通过这个界面所展示的功能，可以检验学生完成该实验的具体情况，做出不同的实验评价。

从以上几点可行性可以看出，本综合实验的设计完全可行，实验方案也比较灵活，学生既可以一个人完成这个综合实验，也可以几个人为一个小组分工写作来完成。

四、结束语

本文充分利用已有的实验资源和免费且功能强大的OneNET免费云平台，设计了一个物联网综合实验，实现物联网的感知层、网络层和应用层的综合应用。该实验内容贯穿无线传感器网络、串口通信、网络通信、数据库以及信号处理等专业知识，较好地解决了物联网应用系统设计与实现中的“通、存、用”等问题，实验效果很好，为物联网专业核心课程实验教学的开展提供一定的借鉴。

参考文献：

[1]“高等学校本科计算机类专业应用型人才培养研究”项目物联网工程专业工作组.高等学校本科物联网工程专业应用型人才培养指导意见（2016版）[M].北京：高等教育出版社，2016.

[2]陈思.基于OneNET的农业大棚物联网环境监控系统的研究与实现[D].辽宁：辽宁大学，2019.

[3]杨裴裴，李胜岚，石恒瑞.基于STM32和OneNET的智能健康管家的设计与实现[J].电子产品世界，2019，26（8）：60-64.

[4]盧于辉，秦会斌.基于MQTT的智能家居系统的设计与实现[J].智能物联技术，2019，51（02）：41-47.

[5]郑峰.基于MQTT云推送平台的研究及应用[D].杭州：杭州电子科技大学，2016.

基金项目：江苏省重点研发-现代农业“基于物联网的智慧设施蛋鸡生产技术集成创新与示范”（编号：BE2018334）

作者简介：徐毅（1972-），男，汉族，四川仪陇人，工学硕士，讲师，研究方向：物联网技术应用。