摘要：随着物联网技术的诞生,传统信息采集设备的单一性已经无法满足人们的需求。所以需要一种新的信息采集设备来与多种不同类型的传感器进行连接以实现多种信息的采集。通用模块化物联网服务器不受地点限制,相对于计算机而言,大大降低成本,需要多台计算机完成的任务现在一台设备就可以完成。

    一、引言
　　
　　随着物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合,在这个整合的网络当中,存在能力超级强大的中心计算机群,能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制,在此基础上,人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活,达到“智慧”状态,提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系。
　　
　　目前对于物联网应用的前提是海量信息的采集,在物品上安装传感器,通过智能识别,可将物品信息通过传感器传输到终端上实现信息的采集,对数据采集要求越来越高,设备的种类各异、设备接口各异、协议各异,而所需检测的环境也会很恶劣,一旦设备出现问题,数据将丢失,造成一些不必要的损失,而且现如今的信息采集器接口少,种类单一,在恶劣的环境中不能使用网络设备,无法实现信息的传输。这时候就需要一种新的信息采集设备来与多种不同类型的传感器进行连接以实现多种信息的采集。
　　
　　因而需要研发的设备终端为多串口信息采集终端,连接不同的传感器,通过改变协议,连接不同的设备,采集所需信息,信息会实时存储,用户可以根据需要查看信息。
　　
　　二、研究技术路线
　　
　　本次研究的采集服务器为一款通用型的设计,利用嵌入式ARM做服务器的核心模块。研究开发各种接口电路,创建协议组,并在服务器上设置启动数据库,实现对数据的存储。在服务器上启动网络服务组件,提供浏览服务。随着开发的进行,借助开通的云端服务器,实现数据的云上传,借此实现服务器无线传输部分的功能。如图1为系统总体架构图。
　　
　　三、硬件产品设计
　　
　　3.1网络控制器模块
　　
　　Linux开发板相比于单片机来说引入了操作系统,具有方便、安全、高效等特点。同时成熟的Linux操作系统也为应用开发提供一个稳定快捷的平台。正是基于Linux开发板这样的特点,对于此次研究产品的稳定性安全性都会有一个很好的保障。同时,开发板特有的调试串口可以满足我们在开发过程中的调试需要,提供了一个快捷、简单、高效的开发平台,使得开发过程变得顺畅。如图2为硬件模块
　　
　　3.2拓展板
　　
　　通讯连接板集成8路隔离RS-485通讯模块,所有的接口都是采用统一端子,方便在工业现场中布线。如图分别是IoT-9608PACK-485通讯连接板整体接口布局和接口布局,如图3所示。
　　
　　为了实现此产品的通用性及操作简洁的特性,同时也考虑到该产品的线路众多(8路可用串口,同时可以复用)、接口繁多,为了避免不必要的麻烦,决心将此产品封装,只保留需要操作的接口。
　　
　　其中ARM主板和扩展板用排线连接固定,留出8路通讯串口。同时将12V转换电源固定,引出多路电源V+、V-分别接到ARM开发板和配线架实现给开发板和配线架同时供电。其次为转换电源安装供电开关,内装保险丝保障安全。最后,给8路485接口进行配线,引出485-A、485-B连接配线架,如图4所示。
　　
　　其中需要注意细节的一点在于线路在配线架上的排列与组合,一定要理清电源正极负极以及485通讯线路AB的配置情况,这也是为了在服务器的接口处能够统一化采集数据做准备。众所周知配线架的使用是规范了接口的统一性,我们正好借用了这种规范,只取用网线其中的四根作为我们传输数据的线路。
　　
　　所有串口操作接口设置为RJ-45型的网口,规范了串口读取的接线标准。因此,我们只需要取一根完成的网线,按照先前配线架配线的标准,只取其中的4根(蓝白、蓝、棕白、棕)作为我们传输传感器数据的线路即可。这样一来,便大大减轻了线路连接的负担。
　　
　　四、软件程序设计
　　
　　4.1串口操作函数分析
　　
　　由于传感器属于外接设备,各自拥有各自的接线方法及协议。而开发板提供了8路TTL电平的串口,同时支持连接扩展板实现不同协议接口的数据采集。因此开发的首要任务便是实现对串口的读写操作。设置串口操作函数方便使用,由于每个串口都拥有属于自己的串口设备名称,因此可以使用标准的open函数打开串口设备文件,并运用open函数的定义常量完成基本的设置。在这里由于串口设备名称过长且过于相似,恐会对之后的开发编程造成不必要的影响。因此在代码中实现了对串口设备的编号,这样每次打开设备文件时只需输入相应的编号,一目了然,为开发编译提供方便。
　　
　　4.2SQLite操作函数分析
　　
　　在程序的编译方面,SQLite数据库拥有对接C程序的接口,可以满足我们在C程序中使用SQLite数据的需求。由于我们需要将采集到的数据存储到数据库中,因此需要大量运用SQLite语句。在程序中,编写update_record函数进行对数据的操作。
　　
　　五、物联网应用
　　
　　1）降低重复信息,提高设备传输效率;复杂多样的信息和多种不同类型的数据如果只是一个一个地传输必将会大大降低传输效率;
　　
　　2）系统采用不同组合的方式,最大限度降低了成本;物联网传感器众多,就是同一接口的不同传感器,数据传输的定义不同,需要按照设备的协议对传感器采集数据,可满足各种用户的不同需求;
　　
　　3）数据存储和处理采用云技术,保证了安全和节省了费用;从存储服务的发展趋势来看,一方面是对数据的存储量的需求越来越大,另一方面是对数据的有效管理提出了更高的要求;
　　
　　4）信息的整理分析功能,降低重复信息;信息采集设备大多没有将采集的信息进行整理分析的功能,导致造就了许多重复的信息;
　　
　　5）便捷的查询系统;通用模块化物联网服务器能提供Web服务,方便用户随时随地查询服务器数据。
　　
　　六、结语
　　
　　本设计通过对硬件布局设计以及软件程序编程,基本实现服务器功能,实时采集不同协议不同类型传感器数据并存储数据库,并以“机房动力环境监测”为载体呈现了展示页面效果,实现了设计的实际应用,基本达到预期的效果。
　　
　　作者简介
　　
　　韩红亮,河北卓智电子技术有限公司,研究方向模块化物联网技术。
　　
　　郜旭雄,河北卓智电子技术有限公司,研究方向电气自动化。
　　
　　编辑：Harris