基于OneNet云平台的智能办公室管理系统设计

基于OneNet云平台的智能办公室管理系统设计
刘佳;张莉;贾林涛;尤文强;郭昉
【摘要】当前的智能管理系统多是基于自有服务器管理运行,存在安全性差、不够稳定和迁移备份困难等问题.高端智能办公环境对此往往要求更高,为了解决以上问题,创造一个更加智能、安全、舒适的办公环境,通过中国移动的OneNet物联网开放云平台,设计了基于物联网技术的智能办公室管理系统.网络层采用EDP协议,通过TCP网络与OneNet云平台相连接,OneNet云平台将接收到的数据按照协议解包存储,并以AP I的方式提供给应用层,用户手机端AP P可以轻松掌控办公室环境及监控内部状态,通过实验室实际测试使用效果良好.
【期刊名称】《华北科技学院学报》
【年(卷),期】2019(016)002
【总页数】7页(P118-124)
【关键词】中移物联;OneNet云;EDP协议;智能管理;物联网;STM32
【作者】刘佳;张莉;贾林涛;尤文强;郭昉
【作者单位】华北科技学院电子信息工程学院,北京东燕郊 065201;华北科技学院电子信息工程学院,北京东燕郊 065201;华北科技学院电子信息工程学院,北京东燕郊 065201;华北科技学院电子信息工程学院,北京东燕郊 065201;华北科技学院电子信息工程学院,北京东燕郊 065201
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.09
0 引言
近年来，伴随着计算机与互联网信息技术的不断演进，智能办公系统能更有效地将现代化办公和当代的科学技术联系起来，减轻办公人员工作负担，为人员提供一个舒适、高效、安全的办公环境。

将智能管理系统应用于办公室内，能有效地优化室内空间，使得办公室由原来孤立零散的设备变为拥有远程监控的智慧空间。

目前大部分的室内智能办公系统，都是将PC、服务器和现场总线等技术结合来实现综合控制，这样的系统在研发、安装、维护方面都存在很大的复杂性与困难度；目前国内的办公管理系统主要是进行简单的现场环境信息采集，或者是将智能家居系统直接移植作为办公空间的管理系统使用，在安防、门禁智能信息提醒、移动端实时掌控等方面存在明显的应用不足[1]。

随着物联网业务和互联网业务的融合与渗透[2]，物联网业务将以运营商管道为基
础向客户端和应用端延伸，形成“端、管、云”的网络架构[3]。

端是感知网络和
终端，管是智能融合的网络，云是业务云化的平台[4]。

目前,数据的无线远程传输通常采用GPRS DTU(General Packet Radio Service Data Transfer unit)设计方案,开发人员需要购买生产厂家的 DTU设备及服务器,
并定期支付租用费,相关的软件与应用也大多非开源,开发难度大且成本高,不利于物联网技术的发展[5]。

OneNET平台作为数据中心,能适应各种传感网络和通信网络,面对多个领域开放,利用OneNET平台的应用越来越广泛[6]。

针对当前智能化办公室管理存在的问题，本设计将GPRS无线通讯技术应用到智
能办公室管理系统终设计中。

它依托中国移动已部署成熟的GPRS/GSM网络，通过在室内合理部署相关传感器模块，经处理器对数据进行处理后，利用M6312无线通讯模组，上发数据至OneNET云端进行数据管理和分析，最后通过手机发送
指令对终端节点如新风装置、灯光、安监等设备进行远程控制，实现对办公室内的
环境和设备高效的智能化管理。

1 系统解决方案
本文基于中国移动OneNET[7]物联网平台设计实现。

硬件系统使用STM32作为
设备终端节点的主处理器，主要节点包含了SHT20温湿度监测模块、迪文屏接口、GSM模块、电源转换单元、指示报警等电路直接与主控制器连接，新风控制节点、热释电安监节点、门载显示节点、照明控制节点等通过ZigBee通信与主控制器相连。

系统结构如图1所示。

图1 硬件系统结构图
SHT20传感器采集办公室内的温湿度后，通过I2C总线将温湿度信息传给处理器。

经处理后，利用EDP协议通过M6312模组，在GPRS网络下将数据上传到中移
物联网的OneNET云平台，当室内具有无线WIFI时数据联网模式可以切换到ESP8266模块，省去流量费用。

室内信息包括人员情况、时间、温湿度信息、门禁显示工作状态(办公、会客、会议、不在等状态)，可通过串口和单片机通讯，实时显示在液晶屏的界面上，便于
人员实时了解室内情况。

系统由OneNET云平台连接设备终端节点和应用端，用户通过手机APP或在PC
端上发送命令来控制相关模块，从而控制LED照明、调光、换气、发送室内人员
信息数据、查看门禁状态等，实现了远程状态查询功能。

最后，在OneNET云平台上可以创建多个房间的应用，用户能够通过登录OneNET的账号，进入OneNET的管理平台——“开发者中心”实现多个节点和办公室的在线管理。

1.1 云平台构建
OneNET是中移物联研发的PaaS(Platform as a Service)平台。

它不仅能帮助研
发人员轻松实现设备连接和产品开发，还能为产品提供完美的解决方案。

图2是
OneNET处在物联网中的位置和作用。

图2 OneNET结构图
设备终端与OneNET通信方式有两种:RestFul API(Application Programming Interface)和 EDP(Enhanced Device Protocol)。

RestFul API基于HTTP 协议和JSON 数据格式,适用于平台资源管理、平台与平台之间数据对接、使用短连接上报终端数据和时间序列化数据等场景；EDP协议基于TCP协议,适用于数据的长连接上报、透传、转发、存储、数据主动下发等场景[8]。

OneNET能够为设备终端和应用端提供中间层核心能力，向SaaS和IaaS层搭建桥梁。

1.2 系统通信协议
在智能办公系统终端节点的设计中，终端设备可以通过EDP协议上传监控区域的温湿度、光照等数据，OneNET可以将数据推送到用户的应用服务器上，通过控制节点上连接的照明灯、新风等设施，实现远程智能的调节和控制，使得办公室的环境提前处于最舒适状态，从而创造一个舒适健康的工作环境。

EDP协议比较适合用在设备和平台均需要保持长连接、点对点、数据的长连接上报、主动下发的控制场合。

EDP协议仅传输数据包到达目的地，不管传送与到达的顺序是否一致，事务机制通过上层实现。

如果client发起了2次请求，server 返回时不保证返回报文顺序。

1.3 无线通信方案
在利用无线通信技术传输数据时，经过几种方案综合对比，依托成熟的
GPRS/GSM网络，选择了中移物联的GSM通讯模块M6312。

该模块包含了GSM/GPRS两种通信方式，支持eSIM技术、OneNET协议，内嵌TCP/UDP、FTP、HTTP 等数据传输协议，并支持扩展AT 命令，内嵌 TCP/IP 协议，可以低功耗实现数据和信息的传输[9-10]。

应用时首先对M6312进行初始化，函数包括对引脚(电源、状态等)的定义，确保SIM卡PIN码解锁，检查网络状态，附着GPRS业务等。

void M6312_SendData(unsigned char *data, unsigned short len)
{
char cmdBuf[32];
M6312_Clear(); //清空接收缓存
sprintf(cmdBuf, "AT+IPSEND=%d\r\n", len); //发送命令
if(!M6312_SendCmd(cmdBuf, ">"))//收到‘>’时可以发送数据
{
Usart_SendString(USART2, data, len);
//发送设备连接请求数据
}
}
M6312_SendData()为M6312模块的发送数据函数。

其中入口参数为数据及其长度。

1.4 电源电路
由于M6312通讯模块需要较大的峰值电流，必须选择能够提供至少2 A电流能力的电源，这对电源设计提出了较高的要求。

本次设计采用了麦克雷尔生产的型号为MIC29302BU的LDO(Low dropout regulator)。

它能输出4.16 V电压，最大输出电流为3 A，并且有600mV的低压降。

MIC29302BU能使输出电压不会因为输出电流过大而跌落，保证了负载能够正常工作。

为了进一步稳定输出电压，在PCB元器件布局时，靠近VBAT的引脚端放置了稳压管。

1.5 环境温湿度采集传感器
在设计温湿度监测模块的电路时，本次设计选择了基于I2C通信协议的数字温湿
度传感器SHT20。

图3 M6312电源电路
传感器湿度转换原理如公式1所示，相对湿度(RH)值可以根据SDA 端输出的相对湿度信号(SRH)，经过公式(1)计算获得(结果以 %RH 表示)：
(1)
温度(T)值由输出端信号(ST)，代入公式2计算得到(温度结果以°C 表示)：
(2)
温湿度传感器模块读写函数：
float SHT2x_CalcTemperatureC(unsigned short u16sT)
{
float temp = 0; // variable for result
u16sT &= ～0x0003; // clear bits [1.0] (status bits)
temp = -46.85 + 175.72 / 65536 * (float)u16sT;
return temp; //温度计算方法
}
通过该函数实现SHT20的温度计算，函数入口参数为传感器读取的温度原始数据，返回参数为温度计算结果数据。

SHT20的湿度转换函数与温度转换函数的计算方
法一致。

2 系统软件设计
在Hardware_Init()中，有对中断、延时、串口、LED、蜂鸣器、键盘、I2C等函
数的初始化。

程序在初始化成功并连网后，蜂鸣器响0.25秒提示设备端连接成功。

进入while()循环后，每间隔300ms由M6312模块，将数据流发送至OneNET
云平台，并通过串口打印“ OneNet_SendData”，提示数据发送成功。

当有数
据流从应用端，比如电脑或者手机APP发送时，可通过程序控制相应模块工作。

系统主函数流程如图4所示。

OneNet_FillBuf()函数用来设置与平台对接的数据流名称和开关值。

当函数中的数据流名称在OneNET创建的应用中搜索到时，才可以设置开关值量，进而通过平
台远程控制设备端。

因此开关值名称必须要能在OneNet()函数中搜索到。

OneNet_RevPro()是平台返回数据检测函数。

当平台搜索到有“redled”关键字时，如果开关值为“1”则接通控制前区风扇继电器，同时红色LED指示灯点亮；当平台搜索到“status”时，如果检测到num为“3”，处理器则发送画面3的
指令，通过串口3控制液晶屏切换到画面3的显示。

该部分软件流程如图5所示。

3 系统开发整体流程
根据OneNET资源模型以及南北向的对接方式，OneNET平台按照图6流程进行产品开发。

具体开发步骤如下：
3.1 用户注册
在OneNET上注册开发者账号创建“开发者中心”。

该平台提供“个人用户”和“企业用户”两种入驻方式，可以根据实际情况选择。

注册完成后，进入到“开发者中心”。

图4 主函数流程图
图5 OneNet_RevPro()函数流程图
图6 OneNET开发流程
3.2 产品创建
在OneNET上点击“创建产品”，按提示填写产品的基本信息，进行产品创建。

该过程中需要尽可能完整地填写产品内容，以方便后期产品管理。

创建应用后，网
站提示产品的设备接入方式与协议，OneNET提供了公开和私有两种类型的协议，本设计选择了私有方式。

3.3 硬件接入
此部分主要实现办公室终端在OneNET平台上的创建、连接和数据交互。

测试接
入流程分为平台域和设备域，用于进行首次接入体验。

测试流程如图7所示。

图7 测试流程图
3.4 应用开发
应用开发主要是通过Rsetful API的方式实现和OneNET平台进行交互对接。

在
完成产品创建以及硬件接入后，即可根据相关所接入的硬件设备以及所上传的数据进行相关开发。

(1) API调用
API调用主要是在应用层通过Rsetful API和OneNET进行对接。

实现命令的下发、数据的读写以及相关业务的交互。

(2) 应用编辑器
通过OneNET的应用编辑器实现平台上的设备数据流可视化。

① 多页面支持
本应用支持多个页面，每个页面的控件相互独立。

可在页面面板中新增、删除页面、改变页面排放顺序。

应用初始化时优先显示排序第一的页面。

② 手机页面
手机页面与普通页面编辑方式类似。

应用初始化时，根据访问设备是否是移动端来判断是否优先显示手机页面。

编辑手机页面时，点击工具栏按钮进行切换编辑模式。

③ 页面设置
编辑区没有控件被选中时，设置面板显示当前编辑页面的设置选项，目前可以设置页面背景色和页面编辑区辅助线。

开发时尽量将控件摆放在编辑辅助线内以获得最
好的显示效果。

④ 控件
应用编辑器中的控件分为基础控件、文本控件、图片控件、控制控件、折线图、链接控件、仪表盘、旋钮、开关、命令框等。

设置好数据流后，就可以向对应的数据流发送数据。

数据分为普通字符串数据和十六进制数据。

4 系统测试
系统设计完成后首先进行了模型搭建，构建了灯光、风扇、新风、加湿器、安防、窗帘、温湿度采集环境模型，通过办公室内控制终端进行了现场操作控制，如图8所示，所有设计功能操作正常，达到预期效果。

图8 室内操控终端与门禁信息屏
系统实现了通过手机APP远程操控设计，实际应用界面如图9所示。

图9 OneNet手机应用端APP界面
5 结论与展望
本文所提出的方案依托中移物联OneNET云平台完成。

该平台具有电信级设备集群，分布式结构和多重数据保障机制，能够满足海量设备高并发快速接入和提供安全的数据存储，其强大的数据分析与管理能力，为该方向的应用研究打下扎实的基础。

文中阐述了本系统的整体设计方案，介绍了基于GPRS通讯或者ES8266WIFI联网接入OneNET云平台的工作流程，重点说明了M6312通信模组电源电路的设计，给出了终端编程的流程图，并对各部分程序进行了功能描述。

通过对系统软件和硬件整体设计调试，验证了该控制方案的可行性，实现了预期功能，达到了设计目的。

然而系统离实际产品化应用还有一定距离，课题后期将以如何构建更加标准化的终端接口设备，确保无线网络通信稳定和系统智能化应用为研究重点，以达到
真实场景的应用。

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