基于LTE Cat.1的智能回收屋监测管理系统

摘要随着5G时代的悄然到来，高速率、大容量、低时延的网络特性深刻冲击了普罗大众的认知，而“万物互联”的概念也在这一过程中逐渐深入人心。目前，虽然已经进入5G时代，但普遍的物联网所需求的并不仅仅是高速率低延时的网络环境，其中约有三成为中速率场景的连接需求，所以基于这一庞大的连接需求，LTECat.1技术是最为合适的。LTECat.1（以下简称Cat.1）属于4G系列，这项技术目前应用于国内三大运营商中，属于中速网络。Cat.1采用单天线、低存储方案设计，硬件架构更简单，拥有更高的集成度和更低的功耗、成本。故本课题选用Cat.1技术。本课题介绍的是基于基于LTECat.1的智能回收屋监测管理系统，它由上位机和下位机组成。上位机是通过手机APP来发送命令，通过APP查看实时数据。下位机由单片机，传感器等设备组成，结合Cat.1技术和GPS定位技术，实现一个无线数据采集系统软件，解决了手机对其现场的控制问题。通过GPS定位，方便用户查看小屋的具体位置，而小屋内设置的一系列传感器用来监测温湿度、高度、烟雾浓度等参数，这些数据经过单片机的处理后，发送至上位机，用户便能及时知道当前小屋内的环境状态，可以及时回收衣物。系统还采用自主搭建云服务器，实现数据接收和存储，便于用户查各个小屋的动态信息。关键词：Android设计；Cat.1；单片机；云服务器IIMonitoringandManagementSystemofIntelligentRecyclingHouseBasedonCAT1AbstractWiththeadventofthe5Gera,thenetworkcharacteristicsofhighspeed,largecapacityandlowlatencyhavedeeplyimpactedthegeneralpublic'scognition,andtheconceptof"InternetofEverything"hasgraduallytakenrootamongthepeopleinthisprocess.Atpresent,althoughithasenteredthe5Gera,theuniversalInternetofThingsneedsnotonlythehigh-speedandlow-latencynetworkenvironment,butaboutthreeofthemhavebecometheconnectionrequirementsofmedium-speedscenarios,sobasedonthishugeconnectiondemand,LTECat.1technologyisthemostsuitable.LTECat.1(hereinafterreferredtoasCat.1)belongsto4Gseries,andthistechnologyiscurrentlyusedinthethreemajordomesticoperatorsandbelongstomedium-speednetwork.Cat.1isdesignedwithasingleantennaandlowstorage,withsimplerhardwarearchitecture,higherintegrationandlowerpowerconsumptionandcost.Therefore,thistopicchoosesCat.1technology.ThistopicintroducesanintelligentrecyclinghousemonitoringandmanagementsystembasedonLTECat.1,whichconsistsofuppercomputerandlowercomputer.TheuppercomputersendscommandsthroughthemobileAPP,andviewsreal-timedatathroughtheAPP.ThelowercomputeriscomposedofMCU,sensorsandotherdevices.CombinedwithCat.1technologyandGPSpositioningtechnology,awirelessdataacquisitionsystemsoftwareisrealized,whichsolvesthefieldcontrolproblemofthemobilephone.ThroughGPSpositioning,itisconvenientforuserstocheckthespecificlocationofthehut,andaseriesofsensorsinstalledinthehutareusedtomonitorparameterssuchastemperature,humidity,height,smokeconcentration,etc.Thesedataareprocessedbythesinglechipmicrocomputerandsenttotheuppercomputer,sothatuserscanknowthecurrentenvironmentalstateinthehutintimeandrecoverclothesintime.Thesystemalsousesaself-builtcloudservertoreceiveandstoredata,whichisconvenientforuserstocheckthedynamicinformationofeachcabin.Keywords:Androiddesign;Cat.1；Single-ChipMicrocomputer；CloudserverIIII

目录IIIITOC\o"1-2"\h\z\uTOC\o"1-2"\h\u28975第一章前言 输入IP和端口号IP和端口号是否正确连接，创建线程连接线程输入IP和端口号IP和端口号是否正确连接，创建线程连接线程获取数据数据显示结束开始NY图4-7Android端的工作流程在Android端的设计中，其主要的技术核心是使用套接字Socket进行通信，使用线程接收下位机发送的数据，然后将其显示在Android端相应的显示位置上。搭建Socket服务器程序代码如附录一所示。上位机共建立有5个界面，包括登录界面、注册界面、设备展示界面、设备列表、设备控制界面。Android端APP实现的结果平面图，如图4-8所示。图4-8Android端APP实现的结果平面图4.4数据库的实现系统中需要数据库4个数据表对数据进行存储与查询，数据表分别为用户信息表、app控制信息表、设备控制信息表、环境监测数据信息表，在本小节中对这4个信息表的创建与数据类型说明进行介绍。4.4.1用户信息表在IOT_love_home数据库下，新建一个用户信息表命名为user，可存储五列数据，其用户信息表的列名与数据类型如表4-2所示。表4-2用户信息表列名数据类型允许Null值userName（用户名）nchar(15)否passWord（密码）nchar(15)否Sex（性别）nchar(15)否Email（邮箱）nchar(15)否telePhone（电话）nchar(15)否4.4.2app控制信息表在IOT_love_home数据库下，新建一个用户信息表命名为app_control，可存储五列数据，其用户信息表的列名与数据类型如表4-3所示。表4-3app控制信息表列名数据类型允许Null值humControl（湿度）nchar(15)否coControl（烟雾）nchar(15)否heightControl（高度）nchar(15)否hexControl（紫外线灯）nchar(15)否tempControl（温度）nchar(15)否4.4.3设备控制信息表在IOT_love_home数据库下，新建一个用户信息表命名为control，可存储十列数据，其用户信息表的列名与数据类型如表4-4所示。表4-4设备控制信息表列名数据类型允许Null值IMEI（设备名）nchar(10)否Tempupper（温度上限）nvarchar(MAX)是Templower（温度下限）nvarchar(MAX)是Humupper（湿度上限）nvarchar(MAX)是Humlower（湿度下限）nvarchar(MAX)是Coupper（烟雾上限）nvarchar(MAX)是Colower（烟雾下限）nvarchar(MAX)是Heightupper（高度上限）nvarchar(MAX)是Heightlower（高度下限）nvarchar(MAX)是Hex（紫外线灯）nchar(10)否4.4.4环境监测数据信息表在IOT_love_home数据库下，新建一个用户信息表命名为equip，可存储八列数据，其用户信息表的列名与数据类型如表4-5所示。表4-5环境监测数据信息表列名数据类型允许Null值IMEInchar(10)否tempnvarchar(MAX)是humnvarchar(MAX)是convarchar(MAX)是heightnvarchar(MAX)是latnchar(10)否Ingnchar(10)否addressnvarchar(MAX)否recordTimenvarchar(MAX)否第五章系统的测试将系统的各个传感器以及4G模块结合在一起，为该系统的下位机端，实现在衣物回收箱内的环境检测，同时可以通过屏幕上接收的数据，直接查看小屋的环境情况。系统的客户端Android端通过通讯模块接收下位机发出的数据，用户可根据Android端接收到的数据，对小屋内的环境所处范围做进一步的规范工作。5.1上位机整体功能测试5.1.1登录功能测试启动上位机应用程序首先进入登录界面，当账号或密码文本框为空时，点击登录按钮，弹出“用户名和密码不能为空”提示框（见图5-1），当账号或密码其中一个输入错误时，弹出“用户名或密码错误”提示框（见图5-2），如若没有账号，可以单击注册按钮，进入注册界面。图5-1账号或用户名为空图5-2账号或用户名错误5.1.2注册功能测试注册界面从登录界面中跳转过来，注册界面包括用户名，密码，性别，电话和邮箱，在注册界面中输入如图5-3所示的内容，单击注册按钮，如相关信息填写正确，弹出“注册成功！”提示框，并将用户信息存储到数据库如图5-4所示。图5-3用户信息注册图5-4数据库用户信息表5.1.3设备配置功能测试连接好下位机，打开软件sscom51，点击“打开串口”，显示“CONNECTOK”则表示服务器连接成功，显示“SENDOK”则表示数据发送成功,且单片机STM32F103上绿灯亮起，如图5-5所示。图5-5设备配置成功5.1.4数据查看功能测试进入数据库，可以查看设备名称，温度，湿度，烟雾浓度，高度，经纬度，地址和记录时间，数据以组包形式定时发送上传到数据库，如图5-6所示。图5-6数据库查看界面5.2智能回收屋功能测试当上位机与下位机连接好时，会发送组包形式的数据到数据库（见图5-7），此时进入Android端程序。当小屋内温度和湿度超过上限时，继电器会发送指令，小风扇会自行打开；当温度和湿度没有达到上限时，小风扇会关闭（见图5-8）。当小屋内烟雾浓度超过上限时，会向手机发送提示（见图5-9）；当小屋内高度超过上限时，程序主界面会变成警报的图样，同时向手机发送提示信息（见图5-10）。图5-7数据组包发送图5-8小风扇开关命令图5-9烟雾浓度超高提示图5-10高度超高提示总结与展望6.1总结在此次课题《基于LTECat.1智能回收屋监测管理系统》中，系统主要的研究内容下位机数据采集，Cat.1模块通过无线通信技术将下位机采集到的数据传输到上位机Android端。以便于用户对于衣物回收屋的环境监测，从而便于用户对小屋内空气环境进一步的相关处理，创造一个适合存放衣物的良好环境。成熟的智能回收小屋系统在市面上比比皆是，但想要实现对小屋的精准监控，得需要花费不少的钱。虽然课题中的系统与市面上的成熟产品相比，在包装，界面设计等方面远不如市面上的产品，但是从课题的题目构思，系统的设计实现过程中却学习到了更多新的知识。关于嵌入式的相关知识，Android的设计等有待进一步的提高。同时在设计与实现该系统的过程中，更加认识到理论知识与实践相结合是在完成一个作品过程中起到想当重要的地位。因此，在做一个作品的过程中，理论知识必不可少。同时，自学也是很重要的一部分，因为在做一个作品的过程中会有部分知识是在课堂上没有学到的。鉴于有限的时间，以及目前所掌握的知识，智能回收屋系统在部分的功能方面还不够完善，如定位系统经常不能成功定位，Android端在显示检测的数值时不能够更加直观表达数据以及界面的设计不够美观等。6.2展望在这次的毕业设计中，发现存在的缺陷较多。例如，在作品方面，系统的设计不够完善，部分功能不能够更加完美地呈现出来；在学习方面，未能认真学习，在遇到Android部分设计的问题不能够很快地解决。虽然在此次的毕业设计中遇到许多的困难，但是通过在网上查询相关的知识，请教同学老师等，能够及时地解决问题。在这个过程中，学习到了许多的知识，例如：STM32单片机成功读取各个传感器的数据；利用Cat.1网络将硬件端采集数据透传到自搭建的Socket服务器；GPS转换，转换成国际坐标系；下位机中各个传感器的数据采集以及如何将数据的发送等知识。通过这次的毕业设计，认识到自身掌握知识不足。在科技日益创新的时代下，学习是一件不能够停下来的事情，学习新的技术知识，才能紧跟时代的步伐，才能在竞争激烈的新时代中生存下去。“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来”。作为青年一代，我们正处于学习的黄金时期，应该吧学习作为首要任务，作为一种责任、一种精神追求、一种生活方式，树立梦想从学习开始、事业靠本领成就的观念，让勤奋学习成为青春远航的动力，让增长本领成为青春搏击的能量。参考文献[1]刘宇昂，翟娟，刘雅棋等.基于物联网的旧衣物回收系统的研究[J].新型工业化.2021,11（02）：106-109.[2]兰斌莉.废旧衣物回收模式的评价分析[D],2019，06(07):1-1.[3]杜玮,朱海鹏,李昀洋.4G移动通信技术在生活中的应用[J].中国新通信.2017,12：111-113.[4]王熠,王楠，许振召．采用G.hn技术改善交通工具中的互联网通信[J]．电信快报，2019.06[5]徐冬冬.LoRa与NB-IoT技术开启物联网新格局[J].科学技术创新,2017(24):116-117.[6]王军伟，姚春良，鲁展等.一种基于4GCat1技术的电子钥匙系统[J]电子测试.2021（20）.71-72.[7]王枳樵.4G网络特性及其安全性[J].黑龙江科学.2017,09（06）53-54[8]孙宇.碾石机物联网远程监测系统设计与开发[D].硕士.2016.[9]杨伟，肖义平.基于STM32F103C8T6单片机的LCD显示系统设计[J].微型机与应用，2018（20）:29-31.[10]数字温湿度传感器DHT11技术手册[EB].[11]刘强强,翟宝蓉,任凯.基于DHT11的温湿度监测系统[J].华北科技学院学报,2017,14(05):59-63.MQ-2烟雾传感器的工作原理[EB].[13]刘松涛.MQ-2烟雾传感器设计资料原理图使用手册[EB/OL]./view/4eff885f43323968011c9272.html,2018.06.26.[14]曾红艳,张胜波.继电器在摩托车电路中的选型及应用[J].摩托车技术.2020,06.29-32[15]SiripunThongchaiandKazuhikoKawamura.Applicationoffuzzycontroltoasonarbasedobstacleavoidancemobilerobot[C].ProceedingsoftheIEEEInternationalConferenceonControlApplication,USA,2020:425-430.[16]舒秀兰，郑旭彬，李泽森等.ATGM336H+ESP01S的室内定位系统设计[J].电子世界，2021,1：184-185.[17]ShenHL，LuoX，LiangGL，etal.ArobustdynamicdecouplingcontrolschemeforPMSMcurrentloopsbasedonimprovedslidingmodeobserver[J].JournalofPowerElectronics，2018，18（6）：1708-1719.[18]海涛，邓樟波，韦文等，基于物联网的电气设备漏电监测系统[J].自动化与仪表，2021,02：32-38.附录搭建Socket服务器程序代码：packagesocket.server;importjava.io.BufferedReader;importjava.io.BufferedWriter;importjava.io.IOException;importjava.io.InputStreamReader;importjava.io.OutputStreamWriter;import.Socket;publicclassChatSocketextendsThread{privateSocketmSocket;//服务器Socket既是操作客户端的objectpublicChatSocket(Socketsocket){this.mSocket=socket;}@Overridepublicvoidrun(){//TODOAuto-generatedmethodstubsuper.run();try{//获取客户端发送来的消息InputStreamReadermInputStreamReader=newInputStreamReader(mSocket.getInputStream(),"utf-8");BufferedReaderbfr=newBufferedReader(mInputStreamReader);Stringtext=null;while((text=bfr.readLine())!=null){//向已连接的所有的客户端发送消息//ChatManager.getChatManager().pulish(this,text);System.out.println(text);}bfr.close();}catch(IOExceptione1){//TODOAuto-generatedcatchblocke1.printStackTrace();}}//用来给客户端发送消息的方法publicvoidout(Stringout_string){OutputStreamWritermOutputStreamWriter;try{mOutputStreamWriter=newOutputStreamWriter(mSocket.getOutputStream());BufferedWritermBufferedWriter=newBufferedWriter(mOutputStreamWriter);mBufferedWriter.write(out_string);}catch(I