【文章內(nèi)容簡介】 應用系統(tǒng)和Inter 連接也已經(jīng)是一種趨勢。 目前無線通信網(wǎng)絡已經(jīng)覆蓋各地，是實現(xiàn) “物聯(lián)網(wǎng) ”必不可少的設施，可以將安置 在每個物品上的電子介質(zhì)產(chǎn)生的數(shù)字信號通過無線網(wǎng)絡傳輸出去。 “云計算 ”技術 的運用，使數(shù)以億計的各類物品的實時動態(tài)管理變 得可能。 物聯(lián)網(wǎng)技術的推廣已經(jīng)取得一定的成效。在多方面已經(jīng)開始應用，如遠程抄表， 電力行業(yè)，視頻監(jiān)控等等。以及在物流領域和醫(yī)療領域也都日趨成熟，如物品存 儲及運輸監(jiān) 測，遠程醫(yī)療，個人的健康監(jiān)護等。除此之外在環(huán)境監(jiān)控，樓宇節(jié)能， 食品等方面也開展了廣泛應用。 盡管在這些領域已經(jīng)取得一些進展，但應認識到，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展技術還存在一系列 制約和瓶頸。有幾個方面可以表現(xiàn)出來：核心技術與國外差距較大，集成服務能 力不夠，缺乏骨干企業(yè)，應用水平不高，信息安全存在隱患。我們國家在 PC 架構 領域還沒有主動權，軟件產(chǎn)品很少。目前 ，計算環(huán)境正在向以網(wǎng)絡為中心發(fā)展， 有很多產(chǎn)品不必也 windows兼容，因此，研究單片機系統(tǒng)接入網(wǎng)絡，前途寬廣。 文章 II. 系統(tǒng)總體設計方案 物聯(lián)網(wǎng)的核心也就是網(wǎng)絡服務，而網(wǎng)絡服務在某種意義上來說，就是需要打造一 個多平臺的通信協(xié)議，在使機器、家電、設備等連上計算機網(wǎng)絡?；镜奈锫?lián) 網(wǎng)系統(tǒng)，不僅能控制設備，還可以在遠程查看狀態(tài)。而復雜的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以讓 互聯(lián)網(wǎng)上的設備之間實現(xiàn)互聯(lián)與通信，也就是物聯(lián)網(wǎng)的最終目標所在 —— 使物體與 物體之間的交互成為可能，不需要人為去干預。 系統(tǒng)采用的結構是 : Arduino+Raspberry Pi+Laravel+JSON+RESTful+Ajax+Python+HighCharts，其框架圖如下所示 系統(tǒng)框架圖 Arduino 與 Raspberry Pi 通過串口通信的方式實現(xiàn)通信，相互傳輸所需要的數(shù)據(jù)， Raspberry Pi 將資源傳于互聯(lián)網(wǎng)上對應的接口，接口可以在互聯(lián)網(wǎng)上被訪問。 Laravel 框架構架于服務器之上，將 Raspbery Pi 獲取過來的數(shù)據(jù)存儲于 MySQL 數(shù) 據(jù)，再以 REST 服務的方式共享數(shù)據(jù)，互聯(lián)網(wǎng)上的其他設備便可以通過網(wǎng)絡來訪問 這些設備。 Ajax 用于將后臺 的數(shù)據(jù)以不需要刷新的方式傳遞到網(wǎng)站前臺，通過 HighCharts 框架顯示給終端用戶。 第節(jié) 硬件方案選擇 第節(jié) 單片機選擇 Arduino Arduino，是一個開放源代碼的單芯片微電腦，它使用了 Atmel AVR 單片機，采用 了基于開放源代碼的軟硬件平臺，構建于開放源代碼 simple I/O 接口板，并且 具有使用類似Java， C 語言的 Processing/Wiring 開發(fā)環(huán)境。 Arduino 開發(fā)板封裝了常用的庫到開發(fā)環(huán)境中，可以讓用戶在開發(fā)產(chǎn)品時，將主 要注意力放置于所需要實現(xiàn)的功能上，而不是開發(fā)的過程中。 在為 Arduino 寫串 口程序時，我們只需要用 (9600)以 9600 的速率初始化串口，而在往 串口發(fā)送數(shù)據(jù)時，可以用 (‘1’)的方式向串口發(fā)送字串 ’1’。 51 單片機 1，又稱微控制器，是把中央處理器、存儲器、定時 /計數(shù)器 （ Timer/Counter）、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型 計算機。與應用在個人計算機中的通用型微處理器相比，它更強調(diào)自供應（不用 外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲量小， 輸入輸出接 口簡單，功能較低。 1全稱單片微型計算機（英語： SingleChip Microputer） 51 單片機相較于 Arduino 開發(fā)板，不僅代碼復雜，由于系統(tǒng)比較古老而不方便于 快速開發(fā)。 第節(jié) 軟件方案選擇 第節(jié) 數(shù)據(jù)通訊方式選擇 REST REST2 從資源的角度來觀察整個網(wǎng)絡，分布在各處的資源由 URI 確定，而客戶端的 應用通過 URI 來獲取資源的表征。獲得這些表征致使這些應用程序轉變了其狀態(tài)。 隨著不斷獲取資源的表征，客戶端應用不斷地在轉變著其狀態(tài)，所謂表征狀態(tài)轉 移。 SOAP 簡單對象訪問協(xié)議是交換數(shù)據(jù)的一種協(xié)議規(guī)范，使用在計算機網(wǎng)絡 Web 服務中， 交換帶結構信息。 SOAP 為了簡化網(wǎng)頁服 務器從 XML 數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)時，節(jié)省去 格式化頁面時間，以及不同應用程序之間按照 HTTP 通信協(xié)議，遵從 XML 格式執(zhí)行 資料互換，使其抽象于語言實現(xiàn)、平臺和硬件。 第節(jié) 數(shù)據(jù)通信格式選擇 JSON JSON3是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式。 易于人閱讀和編寫。同時也易于機 器解析和生成。 它基于 JavaScript Programming Language, Standard ECMA262 3rd Edition December 1999 的一個子集。 JSON 采用完全獨立于語 言的文本格式，但是也使用了類似于 C 語言家族的習慣 4。 這些特性使 JSON 成為理想的數(shù)據(jù)交換語言。 JSON 相對于 XML 來說可以減少文件的大小，同時我們可以用于網(wǎng)站前端的數(shù)據(jù)通 2Representational State Transfer 3JavaScript Object Notation 4包括 C, C++, C, Java, JavaScript, Perl, Python 等 訊。 對于基于瀏覽器的客戶端使用的 web 服務更傾向于使用 JSON 作為表述格式。 XML 可擴展標記語言 5，是一種標記語言。標記指計算機所能理解的信息符號， 通過此種標記，計算機之間可以處理包含各種信息的文章等。如何定義這些標記， 既可以選擇國際通用的標記語言，比如 HTML，也可以使用像 XML 這樣由相關人士 自由決定的標記語言，這就是語言的可擴展性。 XML 是從標準通用 標記語言 （ SGML）中簡化修改出來的。它主要用到的有可擴展標記語言、可擴展樣式語言 （ XSL）、 XBRL 和 XPath 等。 XML 具有良好的可讀性，有著較好的庫支持，從 Java 語言到其他語言，如 Linux 系 統(tǒng)上 libxml 等對 XML 的支持比較好。 第節(jié) 網(wǎng)絡服務方案選擇 第節(jié) 語言選擇 PHP Laravel PHP 6 是一種開源的通用計算機腳本語言，尤其適用于網(wǎng)絡開發(fā)并可嵌入 HTML 中使用。 PHP 的語法借鑒吸收了 C 語言、 Java 和 Perl 等流行計算機語言的特點， 易于一般程序員學習。 PHP 的主要目標是允許網(wǎng)絡開 發(fā)人員快速編寫動態(tài)頁面， 但 PHP 也被用于其他很多領域。 Laravel Laravel 是一套簡潔、優(yōu)雅的 PHP Web 開發(fā)框架。它可以讓你從面條一樣雜亂的代 碼中解脫出來；它可以幫你構建一個完美的網(wǎng)絡 APP，而且每行代碼都可以簡潔、 富于表達力。 Java Spring 5eXtensible Markup Language，簡稱 : XML 6PHP： Hypertext Preprocessor，即超文本預處理器 Java Java 是一種可以撰寫跨平臺應用軟件的面向對象的程序設計語言，是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年 5 月推出的 Java 程序設計語言。 Java 技術具有卓越的 通用性、高效性、平臺移植性和安全性，廣泛應用于個人 PC、 數(shù)據(jù)中心、游戲控 制臺、科學超級計算機、移動電話和互聯(lián)網(wǎng)，同時擁有全球最大的開發(fā)者專業(yè)社 群。在全球云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境下， Java 更具備了顯著優(yōu)勢和廣闊前 景。 Spring Spring 是一個開源框架，是為了解決企業(yè)應用程序開發(fā)復雜性。 Spring 框架的主 要優(yōu)勢之一就是其分層架構，分層架構允許使用者選擇使用哪一個組件，同時為 J2EE 應用程序開發(fā)提供集成的框架。 Spring 使用基本的 JavaBean 來完成以前只 可能由 EJB 完成的事情。然而， Spring 的用途不僅限于服務器端的開發(fā)。從簡單 性、可測試性和松耦合的角度而言，任何 Java 應用都可以從 Spring 中受益。 由于相較于 Java 在 web 方面沒有 PHP 來得快速、簡單、有效，同時 Laravel 框架在 某些方面如數(shù)據(jù)遷移、代碼生成比 Spring 快，同時不需要依賴于開發(fā)環(huán)境，這里 以 Laravel 作為框架，可以利用 artisan 工具等的強大驅動開發(fā)。 第節(jié) 其它 第節(jié) 數(shù)據(jù)通訊設備 Raspeberry PI Raspberry Pi 是一款針對電腦業(yè)余愛好者、教師、小學生以及小型企業(yè)等用戶的 迷你電腦，預裝 Linux 系統(tǒng)，體積僅信用卡大小，搭載 ARM 架構處 理器，運算性能 和智能手機相仿。在接口方面， Raspberry Pi 提供了可供鍵鼠使用的 USB 接口，此外 還有千兆以太網(wǎng)接口、 SD 卡擴展接口以及 1 個 HDMI 高清視頻輸出接口，可與顯示器或者 TV 相連。 Linux 是一套免費使用和自由傳播的類 Unix 操作系統(tǒng)，是一個基于 POSIX 和 UNIX 的 多用戶、多任務、支持多線程和多 CPU 的操作系統(tǒng)。它能運行主要的 UNIX 工具軟 件、應用程序和網(wǎng)絡協(xié)議。它支持 32 位和 64 位硬件。 Linux 繼承了 Unix 以網(wǎng)絡為 核心的設計思想，是一個性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。 Raspberry Pi 相比于一般的 ARM 開發(fā)板來說，由于其本身搭載著 Linux 操作系統(tǒng)，可以用 諸如 Python、 Ruby 或 Bash 來執(zhí)行腳本，而不是通過編譯程序來運行，具有更高的開發(fā)效率。 第節(jié) 輔助語言選擇 Python Python, 是一種面向對象、直譯式計算機程序設計語言，由 Guido van Rossum 于 1989 年底發(fā)明，第一個公開發(fā)行版發(fā)行于 1991 年。 Python 語法簡潔而清晰，具有 豐富和強大的類庫。它常被昵稱為膠水語言，它能夠很輕松的把用其他語言制作 的各種模塊（尤其是 C/C++）輕松地聯(lián)結在 一起。常見的一種應用情形是，使用 python 快速生成程序的原型（有時甚至是程序的最終界面），然后對其中有特別 要求的部分，用更合適的語言改寫，比如 3D 游戲中的圖形渲染模塊，速度要求非 常高，就可以用 C++重寫。 Ruby Ruby，一種為簡單快捷的面向對象編程（面向對象程序設計）而創(chuàng)的腳本語言， 在 20 世紀 90 年代由日本人松本行弘開發(fā)，遵守 GPL 協(xié)議和 Ruby License。 Python 相對于 Ruby 有著更好的跨平臺能力，同時有理好的可讀性，加之 Ruby 語言 沒有對串口通訊及 Windows 系統(tǒng)更好的支 持。 第節(jié) 串口通信模塊 PySerial PySerial 封裝了串口通訊模塊，支持 Linux、 Windows、 BSD(可能支持所有支持 POSIX 的操 作系統(tǒng) )，支持