科技馆物联云

一、科技馆物联云开发背景和所用技术
（一）为什么要学物联网？
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things（IoT）”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。

随着互联网技术的深入发展和成熟，“物联网时代”到来的呼声日益高涨，国家“十二五”规划中也明确将物联网作为战略性新兴产业来培育发展。而国内外各大家电生产厂商生产的各种高端家电也开始预留信息控制接口，准备着迎接物联网时代的到来。智能家居也是物联网产业的一部分，也是物联网在明生应用领域的重点部分，加之近年来房地产的迅猛发展和媒体宣传造势，智能家居呈现耳熟能详化，为此智能家居必将得到高速发展。
国内外的一些技术厂商都在进行市场推广和技术储备，以便在合适的时机推出自己的智能家居产品。虽然各种产品的功能标准和应用接口不太一样，但是不难想象，智能家居的功能都会基本涵盖一下几个方面：
        (1) 灯光控制：不管哪个家庭都会有需要更加方便的对家中灯光进行控制。
        (2) 家电控制：为了更加便捷的生活，人们可以在家中方便的对热水器，空调等进行控制，也希望需要时能通过有网路接入的设备对电器进行远程控制，如出差回来的路上打开热水器，回到家可以舒服的洗个热水澡。
      （3）数据采集：常见的比如温湿度采集、PM2.5数据采集等
        (4) 安防预警：居家生活，平安是最大的愿望，通过对家中烟感，入侵、气体检测传感器等安防信息进行实时监测，免去后顾之忧。
     （5）智能设置：比如定时开关设置、室内恒温设置、指定条件下免人工干扰功能实现、远程控制等。
     （6）减速电机+控制器+智能模块，实现智能机械操作，比如：智能窗帘，早晨自动打开窗帘，晚上自动关闭；加上温度传感器实现指定温度下放风机等。
       为此设计出一套既有通用性，又可以方便的进行扩展的智能家居系统是前提，我们希望能简化家中控制系统的复杂性，降低安装成本和提高信息传送的安全性，解决实际推广中可能会出现的问题，为智能家居的大规模应用提供一定的借鉴和助推作用，真正的使高效便利的生活触手可及。
 
（二）、实现科技馆物联云所用到主流（芯片）技术

 
   Wi-Fi（8266）
 
 
 


         Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。大多数Wi-Fi版本工作在2.4GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。流行的802.11n速度可达300Mb/s，而更新的、工作在5GHz ISM频段的802.11ac，速度甚至可以超过1.3Gb/s。
而WiFi无线通信技术主要有路由器和WiFi设备这两方面组成，如果我们想使用WiFi技术作为物联网解决方案，那么我们的物联网设备必须支持WiFi协议。物联网设备通过路由器连接到广域网之后，那么无论你身在何处，都可以对设备进行远程控制。
WiFi的优势：
        1.普及面比较广，基本上每家都有路由器设备，设备价格相对低廉，使用起来成本会比较低。
        2.WiFi组网方便,连接就行,协议统一,使用TCP/IP协议。
        3.传输速度具体要根据WiFi信号强度和连接设备来定，不过相对于ZigBee来说，还是比较可观的。
       4.网络带宽比较大，家用目前在推广200Mbps。企业内网可达到1000Mbps。
       5.能够无缝与手机进行通信。
       6.能够直接接入互联网。
       7.传输距离在20-200米之间，远远高于其他无线技术
WiFi的劣势：
       1.安全性比较低，比较容易被攻击破解。
       2.无线稳定性比较差，房间大了，可能收不到无线网。
       3.对硬件要求比较高，WiFi模组需要大量周边电路辅助工作，对硬件内存要求也比较大。
       4.最多只能连接几十台设备，可能满足不了过多的电器连接。
       5.功耗比较大，不适合用电池供电设备。
       6.通信延迟比较大，反应时间比较长.
 

 
 
CC2530（ZigBee）
 
 
 

       ZigBee是物联网的理想选择之一。
        虽 然ZigBee一般工作在2.4GHz ISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在2.4GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形 和网格配置中，支持多达216个节点。与其它技术一样，安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。
ZigBee的优势：
       1.安全性比较高，ZigBee通信过程采用AES128加密算法进行加密，目前没有破解先例
       2.可以连接多台设备，数量可多达65000台。
       3.在工业领域打磨数年，所以技术相对成熟，安全性能也比较好。
       4.功耗比较低，一节干电池可供ZigBee模块工作1-2年
       5.反应时间比较短，控制家电设备开关的等待时间比较短。
       6.ZigBee组网方式灵活度比较大。
       7.对硬件要求比较低。
ZigBee的劣势：
       1.设备成本比较高，采用ZigBee技术作为物联网解决方案，需要ZigBee网关配套使用，ZigBee网关价格不便宜
       2.产品开发难度比较大，项目周期比较长，所以后期企业压力会比较大。
       3.通信速率比较低，网络带宽比较小，小于250Kbps。
       4.抗干扰能力比较弱，比较容易受周边环境影响。
       5.不能直接接入互联网，必须通过ZigBee网关才能接入互联网。
       6.通信距离在2-20米之间，有很大的局限性
 
 
NB-IoT
 
 
 
 
        窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。
NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

 二、如果独立完成这个物联云创客平台，我们能做那些事情？
        开发这个物联云平台初衷可以理解为物联网技术应用开发实验平台，把cc2530、8266芯片以及各种传感器通过计算机数字化编程整合到一个平台，通过INTERNET链接起来实现我们所需要的应用功能，比如远程控制或数据采集等。如果从芯片固件开发到电脑上位机和手机A:PP程序所有环节打通的话，就类似和国内小米，天猫等物联网企业一样掌握了核心技术可生产物联网应用产品，比如：
        1、各科研机构、院校物联网专业或各学校创客室建设实验平台。
比如CC2530是美国TI开发的物联网芯片，目前主流应用智能家居等运用TI公司技术，ZIGBEE协调栈的推出极地降低了CC530应用门槛，可以先建立起CC530实验平台，各传感器数据采集，继电器控制，根据我三年来学习经验，兴趣是排在第一位，比如先看到无线点亮一盏灯现象，再让学生寻找的原理是如何实现的，实现这一功能你得具备那些知识？这不正是开启学生学习起点吗？一开始就学习枯燥难懂C语言芯片程序可能把很多学生学习积极性打没了，很少有人能坚持下来，物联网应用说的简单些就两点：一是通过电脑上位机或手机APP通过网络发送指令到芯片，芯片再控制传感器（继电器），二是芯片上传感器获取的数据再通过芯片程序上传到电脑或手机，实现双向通讯，基本上就是之么个应用原理。所以说我强列建议这些部门或机构先投资把创客平台建设起来，先实现功能再研究原理，这个平台也是以后完善和学习提高的模板，在这个基础上不断地创新，开发新的项目和功能。现在很多学校花10万或更多主要花在装修上，购一些工具类等华而不实形象工程，根本就是拍脑壳决定。比如我们这个平台基本上实现了智能家居所有应用功能，可以根据菜单一样选择自己目前先学习的功能。
         2、学校智能化管理兼创客室建设平台
创客室智能化应用展示平台，远程控制开关灯、电视、窗帘、空调等，学校教室灯光控制完全可以实现根据传感器光照度决定是否自动开灯，晚上安防关键地方灯自动开关，厕所智能冲洗、两操音乐自动播放，有草坪地方定时智能灌溉，智能门锁等，可以根据实际需要开发。
        3、智能家居应用
       这个物联平台主要就是实现这一功能，家庭智能化应用基本上全覆盖，如如：智能门锁（远程开关），智能照明（定时开关灯）智能窗帘，晚上自动关闭，早晨自动打开，空调恒温控制，指定26度，传感器可根据检测室内温度决定是否打开或关闭空调，电饭煲可以在下班前打开可以提前煲汤或蒸大米饭；厨房煤气、漏水、着火检测等功能，实现一体化APP管理。(2020年上半年，准备以我房间进行智能化改造,如果不包括我的软件程序知识产权费用，费用是商用大牌十分之一费用能实现)
       4、 智能灌溉：
       智能灌溉实质就是智能模块+电磁阀的应用，这其实是智能农业中一个分支，在2019年我已经在我的菜园实现了智能化改造，10路水，5路是灌溉，5路是喷淋，根据种植不同蔬菜种类决定，再加上摄像头实现远程管理，效果很明显，比如草莓，改造前采摘期2周多点就没了，改造到延长增三个周，其它蔬菜长势也很好，有机会大家可以云参观一下。网站上《智能菜园》。
       5、 智能中控：
      中央控制系统一般应用在多媒体会议室、电化教室、监控及指挥中心，新闻发布室等、环境控、场馆设备自动化控制、智能大棚等。以多媒体会议室为例，中央控制器作为所有电教设备的控制中心。教室内所有的电教设备如：录像机，影碟机，投影机，电动屏幕，音响，还有室内灯光，窗帘都可以与中央控制器相连，受其控制。用户只需要坐在触摸屏前，便可以直观的操作整个系统，包括系统开关、各设备开关、灯光明暗度调节、信号切换、信号源的播放和停止、各种组合模式的进入和切换、音量调节，以及对用于扩声的会议音响系统；用于讨论、表决、投票的数字会议及同声传译系统；用于远程会议的视频会议系统；用于视频、VGA信号显示的大屏幕投影系统；用于提供音视频信号的多媒体周边设备；用于全局环境设施、系统设备控制等系统的全自动综合控制等等。
       6、自动化应用：
       中控是工厂自动化中的一个重要组成部分。它负责全厂的数据采集汇总、处理、监控，以达到控制、优化、调度、安全、管理的目的。一般主要由集散控制系统（DCS）、电视墙、数据服务器、操作工作站等组成。
中控是工厂自动化的核心，将有利于工厂增加生产的安全性，降低能耗和原料消耗，提高设备利用率和劳动生产率，提升综合竞争力。
      7、多媒体
       中控是多媒体会议室和多媒体电教系统设备，它主要的作用就是通过RS232、RS485、红外、网络（含WIFI）等协议来控制周边设备，比如投影机、大屏幕电视、音响、摄像头、电动吊架、灯光、窗帘等。一般的控制端为无线触摸屏、有线触摸屏、控制面板、墙装面板、电脑端软件和遥控器。
2019年底，利用ESP8266+CC2530开发一套智能远程中控，主要应用于电力部门远程控制设备、适合工厂车间设备自动化管理、各种场馆智能化管理、包括智能大棚、智能养殖等方面稍加改造就能应用，详细见《智能中控制系统》
 
 三、科技馆物联云总体概况和呈现形式

      （1）功能拓扑图：
   
      在科技馆物联平台上，集成了物联网常用的传感器：继电器、DHT1、PM2.5、MQ_2气体、红外射频、步进电机、光敏、超声波、红外对管等，实现数据的采集、设备的远程控制。

       （2）电脑上位机    
           实现如下功能：电磁锁门控、顶灯开关、电风扇、电视和投影红外开关、智能窗帘、红外对管统计进馆人数、音乐远程或定时播放、有害气体检测报警、以及室内外温度、湿度和PM2.5数据的采集。
 
开发电脑上位机所需要环境语言：MicroSoft Visual Stadio 2017专业版，需要熟悉语言c#,熟悉网络通讯协议：MQTT、Socket等
   如何配置c#语言开发平台及详细步骤，在网站上有专门的专题有详细说明，资料涉及版权，网友自行从网上下载，只提供如何使用，不提供软件下载，希望理解。
     （3）Android手机APP          

开发平台
  谷歌平台：Android Stodio 3.4开发平台，需要熟悉Java语言，以及网络通讯协议如MQTT Soket等
如何配置Java语言开发平台及详细步骤，在网站上有专门的专题有详细说明，资料涉及版权，网友自行从网上下载，只提供如何使用，不提供软件下载，希望理解。
五、科技馆物联云项目关键功能点实现过程
1、墙盒改造灯控制：
功能：控制顶灯开关
   改造目标： 墙壁开关
   终端编号： EndDeviceID = 0x0001
   器材芯片:  CC2530+继电器
   芯片程序代码： S1键+继电器通用2530程序
   具体改造过程如下：（前提是墙盒多加一条护套线提供弱电）


 
四、CC2530源码实现详见U盘指定目录
关键代码：
  if(EndDeviceID == afRxData[2] || afRxData[2]==0xFF)
        {
          if(afRxData[4] == 0)
          {
            Relay_PIN = 0;
            HalLedSet ( HAL_LED_2, HAL_LED_MODE_ON );
            //---------------------------------------------
            //电磁门控制发送双指令
             dht11_delay_us(2000000);    //延时2秒
              Relay_PIN = 0;
             HalLedSet ( HAL_LED_2, HAL_LED_MODE_ON );
            //---------------------------------------------  
          }
          else
          {
            Relay_PIN = 1;
            HalLedSet ( HAL_LED_2, HAL_LED_MODE_OFF );
            //---------------------------------------------
            dht11_delay_us(2000000);   //延时2秒
              Relay_PIN = 0;
             HalLedSet ( HAL_LED_2, HAL_LED_MODE_ON );
            //---------------------------------------------  
          }
 智能窗帘（减速电机+模块）远程控制实现方案

（四）、CC2530源码实现详见U盘指定目录