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基于开源平台的物联网网关监控系统研究

更新时间：2019-12-11 22:04:00 大小：3M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对物联网传送层数据传输和感知层设备控制的问题,设计了一个基于开源平台的网关监控系统.采用Arduino Mega 2560作为设计原型,以AVR处理器ATmega 2560为核心,开源Arduino IDE为开发环境,利用XBee S2与GPRS结合的通信技术,满足感知层数据信息的传输和管理控制需求.利用Java结合MySQL数据库搭建了物联网应用开发平台,并给出了硬件组成结构和软件实现流程.实验结果表明,系统平均丢包率0.4‰、平均时延8.88 ms,低于规定标准,实现了物联网感知层与应用层的无缝连接.

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基于开源平台的物联网网关监控系统研究.pdf 3M

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电 子 器 件  
Cｈinese Ｊouｒnａｌ oｆ Ｅｌecｔｒon Devices  
第 ４１ 卷 第 ４ 期  
２０１８ 年 ８ 月  
Ｖoｌ． ４１ Ｎo． ４  
Ａugꢀ ２０１８  
Research the IOT Gateway Monitoring System  
Based on Open Source Platform*  
ZHANG Junhu１,４,WANG Qingwen１,２,ZHANG Junchao１,２*  
CHEN Junjie１,２,Tao Yanan１,２  
,
（１.Engineering-Technology Research Center of Electric Drive and IoT in Shanxi,Taiyuan ０３００２４,China;２.Taiyuan University of Technology,  
College of Electrical and Power Engineering,Taiyuan ０３００２４,China;３.Taiyuan University of Technology,College of Computer  
Science and Technology,Taiyuan ０３００２４,China;４.Taiyuan City Lighting Management Office,Taiyuan ０３００２４,China)  
Abstract:Ａ gａｔeｗａy moniｔoｒing sysｔem bａsed on oｐen souｒce ｐｌａｔｆoｒm is designed ｆoｒ ｔｈe ｐｒobｌem oｆ ｔｒａnsｐoｒｔ ｌａyeｒ  
dａｔａ ｔｒａnsmission ａnd sensing device conｔｒoｌ in Ｉnｔeｒneｔ oｆ Tｈingsꢀ Tｈis design used ｔｈe oｐen souｒce Ａｒduino Ｍegａ  
２５6０ ａs ｔｈe design ｐｒoｔoｔyｐe,ＡＶR ｐｒocessoｒ ＡTmegａ ２５6０ ａs ｔｈe coｒe,oｐen souｒce Ａｒduino ＩDＥ ａs ｔｈe soｆｔｗａｒe  
enviｒonmenｔ,ＸBee S２ combined ｗiｔｈ GPRS communicａｔion ｔecｈnoｌogy ｔo meeｔ ｔｈe needs oｆ dａｔａ ｔｒａnsmission ａnd  
mａnａgemenｔ conｔｒoｌ in ｔｈe ｐeｒceｐｔion ｌａyeｒꢀ Ｊａvａ ａnd ＭySQＬ dａｔａbａse is used ｔo buiｌd ｔｈe Ｉnｔeｒneｔ oｆ Tｈings ａｐｐｌi-  
cａｔion deveｌoｐmenｔ ｐｌａｔｆoｒm,ｗｈicｈ gives ｔｈe ｈａｒdｗａｒe sｔｒucｔuｒe ａnd soｆｔｗａｒe imｐｌemenｔａｔion ｐｒocessꢀ Ｅｘｐeｒimenｔａｌ  
ｒesuｌｔs sｈoｗ ｔｈａｔ ｔｈe sysｔem’s ａveｒａge ｐａckeｔ ｌoss ｒａｔe ａnd deｌａy ａｒe ｌoｗeｒ ｔｈａn ｔｈe ｒequiｒed sｔａndａｒd,ｗｈicｈ ａｒe  
０ꢀ４‰,８ꢀ８８ ms,iｔ ａｌso ｒeａｌize ｔｈe seａmｌess connecｔion beｔｗeen ｔｈe sensing ａnd ａｐｐｌicａｔion ｌａyeｒꢀ  
Key words:ＩOT;gａｔeｗａy moniｔoｒing sysｔem;Ａｒduino;GPRS;ＩOT ａｐｐｌicａｔion deveｌoｐmenｔ ｐｌａｔｆoｒm  
-
doi:10.3969 / j.issn.1005 9490.2018.04.048  
EEACC:7200  
基于开源平台的物联网网关监控系统研究*  
张俊虎１,４,王青文１,２,张军朝１,２*,陈俊杰１,３,陶亚男１,２  
（１ꢀ山西省电气传动及物联网工程技术研究中心,太原 ０３００２４;２ꢀ太原理工大学电气与动力工程学院,太原 ０３００２４;  
３ꢀ太原理工大学计算机科学与技术学院,太原 ０３００２４;４ꢀ太原市城市照明管理处,太原 ０３０００２)  
摘
要:  
针对物联网传送层数据传输和感知层设备控制的问题,设计了一个基于开源平台的网关监控系统。 采用 Ａｒduino  
Ｍegａ ２５6０ 作为设计原型,以 ＡＶR 处理器 ＡTmegａ ２５6０ 为核心,开源 Ａｒduino ＩDＥ 为开发环境,利用 ＸBee S２ 与 GPRS 结合的通  
信技术,满足感知层数据信息的传输和管理控制需求。 利用 Ｊａvａ 结合 ＭySQＬ 数据库搭建了物联网应用开发平台,并给出了  
硬件组成结构和软件实现流程。 实验结果表明,系统平均丢包率 ０ꢀ４‰、平均时延 ８ꢀ８８ ms,低于规定标准,实现了物联网感知  
层与应用层的无缝连接。  
关键词:  
物联网;网关监控系统;Ａｒduino;GPRS;物联网应用开发平台  
-
-
-
中图分类号:TP274  
文献标识码:A  
文章编号:1005 9490(2018)04 1071 06  
随着互联网技术、无线通信技术和传感器技术  
的发展,物联网技术的开发与应用正在如火如荼地  
进行着,物联网的应用领域也随之日趋广泛［１］ 。 因  
而,许多国家对物联网中的关键技术、物联网的开发  
应用模式投入了巨大的人力财力深入的研究和探  
和应用层。 文献［４］设计了一种 Ｚigbee-GPRS 网关  
系统,采用 ＬPC２２１０ 作为处理器,用于水位的监测,  
但功耗较高,不利于推广。 文献［５］ 设计了一种低  
功耗物联网网关,利用 Ａｒduino 作为平台,集成了蓝  
牙和以太网模块,但蓝牙在传输距离和功耗上不如  
Ｚigbee。 文献 ［6］ 设计并实现了一个多路存取的  
索
［２］ 。 物联网一般分为 ３ 层［３］ ,即感知层、传送层  
项目来源:山西 省 重 大 专 项 项 目 （ ２０１３１１０１０２９); 太 原 理 工 大 学 教 改 项 目 （ ８００３/ ０２０４０３３５); 山 西 省 研 究 生 教 改 项 目  
（２０１７ＪG２５)  
－
－
－ －  
修改日期:２０１７ １１ １０  
收稿日期:２０１７ ０８ ０７  
万方数据  
电
子
器
件
第 ４１ 卷  
１０７２  
BＬＥ / WiFi 网关,解决了 BＬＥ 多路接入和传输过程  
中存在的限制问题,但 WiFi 的传输距离以及性能远  
不如 GPRS。 根据物联网感知层与应用层之间的传  
输问题,参考已有的研究成果,综合采用 Ｚigbee 和  
GPRS［７］ 无线通信技术,设计并实现了基于开源平台  
的物联网网关系统,采用开源且功耗低的 Ａｒduino  
平台［８］ 作为网关设计的基础,给出了 ＸBee S２ 无线  
通信模块和电源模块的硬件电路设计以及网关系统  
实现的软件流程图,感知设备采集的信息通过网关  
传输给物联网应用开发平台,在平台上对信息进行  
处理,并且可以远程管理和控制感知设备。  
监控系统,系统主要包括感知节点的部署、网关硬件  
和软件的设计、物联网应用开发平台的搭建。 本研究  
的目标是利用搭建的网关监控系统实现感知层与应  
用层之间的无缝连接,因此对于数据传输的速率和可  
靠性具有较高的要求。 由于 Ｚigbee 具有稳定可靠的  
通信协议且组网灵活［１０］ ,GPRS 具有远距离无线通  
信
［１１］ ,Ａｒduino 具有开源、功耗低等优点［１２］ ,因此选其  
作为网关监控系统的设计以实现网络的无缝连接。  
系统的整体结构框图如图 １ 所示。 图 １ 中,感知层由  
温湿度传感器、ＬＥD 灯、蜂鸣器等组成;传送层是系统  
的核心,即利用开源平台以及 ＸBee S２ 模块结合  
GPRS 扩展模块所设计的网关;应用层则是利用 Ｊａvａ  
结合 ＭySQＬ 数据库设计的物联网应用开发平台,用  
于数据信息的处理和远程管理控制感知设备。  
1 系统架构  
本研究设计了一套基于开源平台的物联网网关  
图 1 系统架构图  
用于实现与感知网络的无线通信。 设计 ＸBee S２ 与  
ＡTmegａ２５6０ 的电路连接时,为了直接调试 ＸBee S２  
无线模块,在 RＥSＥT 管脚与 １０ Ｋ 上拉电阻之间接入  
一个双向拨码开关,双向拨码开关的常闭端接 ５ 伏电  
源以实现外部电路触发复位功能,为了确保调试  
ＸBee S２ 模块时 ＡTmegａ２５6０ 处于持续复位状态,将  
开关的常开端接地。 在引脚 RＥSＥT 与 ５ 伏电源之间  
加一个 １０ kΩ 的上拉电阻拉高电位并接上复位按键  
形成复位电路以确保网关在工作时可以调为外电路  
触发模式。 ＡTmegａ ２５6０ 的 PＨ０、PＨ１、PB１ 引脚分别  
与 ＸBee S２ 模块的 DOUT、DＩＮ、DTR/ SＬＥＥP 引脚相  
连,由于各引脚的工作电压不同,需在引脚之间加入  
电阻经分压后满足各引脚的工作电压。 ＡTmegａ２５6０  
与 ＸBee S２ 模块之间的连接如图 ３ 所示。  
2 网关硬件设计  
网关是连接感知网络与互联网络的桥梁,完成  
Ｚigbee 无线通信网络与移动通信网络之间的转换。  
由 ＡＶR 处理器模块、ＸBee S２ 无线通信模块、GPRS  
扩展模块、电源模块、外部通信接口以及其他模块,  
比如复位电路等。 网关硬件结构如图 ２ 所示。  
采用两种供电的方式不至于一路电源损坏而使  
整个系统工作中断,从而造成严重的后果,为此,网  
关电源模块在设计时需采用电池供电和 USB 供电  
两种方式。 电池供电由 Ｘ１ 提供,USB 供电由 Ｘ２ 提  
图 2 网关硬件结构示意图  
ＡＶR 处理器模块采用的是 ＡTmegａ２５6０ 处理器,  
用作处理采集的数据和下传控制命令,ＸBee S２ 模块  
万方数据  

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