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物联网手机设计研究

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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 物联网手机设计研究 作者：凌泽军 孙震强 倪冰 来源：《移动通信》2012年第15期

【摘要】文章阐述了物联网的分层和物联网手机的概念，分析了物联网手机系统设计的几种方案及其优缺点，并给出了通过蓝牙、SD卡接口和USB接口技术在Android平台上实现物联网手机的具体方案。

【关键词】物联网手机 蓝牙 Zigbee USB Android 1 引言 物联网近年来发展很快，被视作下一个万亿级产业。物联网一般可以从上至下分为三层，最下一层为感知层，由各种传感器组成，目前大多是分散的，未来很可能会组成传感网。它们完成各种场合下各种应用数据的采集、汇聚、转发功能，甚至可以通过执行结构完成需要的控制功能。在传感器和传感网的各种协议中，基于IEEE 802.15.4标准的低功耗和低带宽Zigbee，是可以完成传感器多节点、自组网功能的典型代表。中间层是网络层，包括传统的固定网，以及近几年兴起的由手机、数据卡、M2M模块、上网本、平板电脑等组成的移动互联网，完成数据的传输、标识和触发等功能。最上层是各种应用和场合，也包括云计算组成的应用层，可以完成数据的融合、提交和适配等功能。

物联网手机在基于物联网行业的应用中的作用如图1所示： 图1 物联网手机在基于物联网行业应用中的作用 笔者认为，物联网手机就是可以接入物联网的互联网手机。从目前的中高端智能手机来看，一般都能够接入网络层（主要是移动互联网层）。应用层的应用也层出不穷，迄今为止苹果公司iPhone智能手机的应用程序超过50万个，谷歌Android智能手机的应用程序超过10万个，微软Windows Phone智能手机的应用程序也超过了9万个；而且随着开发者和开发公司的增加，应用还在不断迅速增多。目前，物联网手机最缺乏的一环，就是接入感知层即传感器和传感网的能力。

2 物联网手机的设计 手机传统硬件系统主要分为主板、UIM/SIM卡、后盖和通用外部接口，可以考虑从这四个方面来进行设计，提高手机接入感知层的能力，让普通的互联网手机变为物联网手机。

2.1 物联网手机接口内置到主板上 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 随着手机对传感器需求的日益增长和传感器工艺的改进，传感器物理尺寸越来越小，越来越多的传感器被放到了手机的主板上，包括：摄像头传感器camera（对图像的传感采集），位置传感器GPS（对位置的感应、定位），重力传感器G—sensor（对重力的感应），指南针传感器compass sensor（对方向的感应），接近传感器proximity sensor（对人和手机位置接近的感应），光线感应传感器light sensor（对光线的感应）。

随着物联网的日益发展，对传感器网络接入的需求也越来越强烈，RFID已经集成到了越来越多的手机产品中。已经有厂家把Zigbee模块和蓝牙、Wi—Fi一样，放在手机的主板上，这样可以很好地和传感器网络连接起来。而Zigbee模块和手机的其它硬件模块特别是应用处理器AP之间，可以采用SPI、串口、USB、共享内存、GPIO、总线等方式进行数据的交互、通信和控制。

◆ 方案优点：和手机主板一体化，强度好，方便使用、接入物联网； ◆ 方案缺点：开发周期长、成本高，产品少，目前用户普及度、认知度低； ◆ 已有产品：诺基亚内置NFC手机、七喜物联网手机等。 2.2 物联网手机接口内置到UIM/SIM卡上 把2.4GHz的RFID芯片设计到UIM/SIM卡中，手机通过UIM/SIM卡访问RFID，进行移动支付等业务。这已是中国移动等运营商和一些终端厂商主推的一种成熟的手机产品，在此不再赘述。

◆ 方案优点：和UIM/SIM卡绑定，可以直接由运营商发行； ◆ 方案缺点：2.4GHz的RFID方式功耗高，与现有的13.56MHz标准不兼容，银联和银行排斥，推广困难；

◆ 已有产品：中国三大运营商都有了定制卡产品。 2.3 物联网手机接口内置到后盖上 手机内除了主板可以加上传感器和一些接口外，电池基本不能改动，而后盖是可以定制修改的，只是需要花费比较多的人力和时间。一般需要定制后盖的外观，如果后盖要加上电路，新加的电路也得重新设计，后盖也要因此加厚。

图2是采用定制后盖的一种物联网手机技术设计方案。在手机后盖内侧，可以放入心电传感器或者Zigbee模块，也可以是RFID、扫描头或其它传感器；手机后盖外侧，可以放入心电采集电极或者Zigbee天线等。手机后盖内的芯片电路供电，可以通过手机和后盖之间的供电龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 触点供电；手机和后盖之间，可以通过下列通信接口进行通信，包括：串口、I2C、SPI和通用I/O接口等。

图2 采用定制后盖的物联网手机技术设计方案 图3是一种采用定制后盖的Zigbee物联网手机技术参考方案。在手机后盖中放置了天线、Zigbee通信模块和微控制器硬件模块，Zigbee通信模块可以和外部带Zigbee的重力、温度或湿度传感器采集模块通过Zigbee协议进行无线通信，再把相关信息发送给微控制器MCU进行信息处理。而手机和后盖之间，可以通过下列通信触点和接口进行通信，包括：串口、I2C、SPI和通用I/O接口等。

图3 采用定制后盖的Zigbee物联网手机技术设计方案 ◆ 方案优点：相对于主板方案，其开发、推广成本较低； ◆ 方案缺点：一体化程度较低，强度、耐用度需要提高； ◆ 已有产品：中国三大运营商的移动支付手机。 3 采用通用外部接口的物联网手机设计 在中高端手机中，蓝牙、SD卡、USB都已经成为基本配置，手机可以通过这些标准接口，对外扩展、接入到物联网感知层，下面分别加以阐述。

3.1 物联网手机通过蓝牙接口外接 经过近20年的发展，不同厂家的蓝牙芯片、手机之间的互联互通和互操作已经非常成熟，很多传感器设备都可以做成标准蓝牙外设的方式，通过蓝牙协议和手机进行信息交互。

以下是通过蓝牙实现和医疗/健康设备的通信、信息交互的物联网手机实例。系统硬件架构如图4所示，可以基于Android等智能手机平台，通过蓝牙通信传输方式实现血压/血糖监测仪、心电监测仪的数据采集、本地存储和客户端查询展示，把用户的监测数据通过中国电信移动网络发送到远程健康服务管理平台上，提供医生诊断及健康指导，并把分析结果及时反馈到用户手机终端，实现便捷的远程医疗、保健服务。

图4 基于蓝牙的物联网手机系统硬件架构 Android平台中系统软件架构如图5所示，血压、血氧、血糖、心电等健康传感器的健康数据通过蓝牙硬件物理层，分层通过MAC驱动层、网络和安全层（包括TCP/IP协议、蓝牙SPP协议）往上层上传，经过应用框架层、应用概要层，最后在上层应用层完成健康数据的采集、显示、存储和网络上传功能。软件功能主要包括：自动更新，外设管理，用户信息配置，龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 数据采集通讯，数据加工存储，血压、血糖、能量、心电数据查询，数据上传处理，诊断信息查询等。

系统软件由业务层、数据管理层与协议层组成： （1）业务层：进行相关业务处理，包括：血压采集、血压查询、血糖查询、心电采集、心电查询、心电图展示、用户管理、系统配置和设备管理等。

（2）数据管理层：进行数据的管理与交互，包括：数据上传、蓝牙采集、SQLite数据存取和XML配置存取等。

（3）协议层：负责通讯与传输协议，包括：Socket通讯、蓝牙通讯。 方案优点： ◆ 蓝牙已是中高端手机特别是智能手机的标准配置； ◆ 协议成熟，标准化程度高； ◆ 设备互通性、互操作性好； ◆ 开发成本低、推广容易，用户使用方便。 缺点： ◆ 传输距离较近； ◆ 蓝牙相对Zigbee的功耗较高； ◆ 蓝牙可以实现同时连接的节点比Zigbee少。 3.2 物联网手机通过SD卡接口外接 物联网手机还可以通过标准SD卡接口外接。目前已经可以把Zigbee模块做到Mini SD卡大小，随着工艺的改进和发展，未来将会做成Micro SD也就是T—Flash卡大小。可以把同样的SD卡，插到不同的系统平台上，包括Windows Phone、Windows CE、Linux、Android、iPhone、Symbian、BlackBerry和Brew等，不需要开发驱动程序，只需要开发不同的客户端软件；甚至可以把客户端内置到带存储功能的SD卡上，用户可以即插即用，非常方便。所以这种外置的方式更现实、更灵活，也更容易推广，具有更大的应用空间。其缺点是外插的物联网SD卡因为工艺和空间尺寸的限制，一般不具有存储功能，而存储功能正是用户非常需要的。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 下面介绍一个适用于中国电信天翼手机终端的基于Zigbee的物联网手机系统实例。基于Android智能手机平台，通过Zigbee模块之间的通信，经手机的SD卡接口，实现对温湿度数据的采集、显示、存储、查询和上传。未来可以考虑利用监测到的各种数据，通过中国电信物联网服务管理平台，提供包括温湿度等各种参数的远程检测监控服务。

系统硬件架构如图6所示。温湿度传感器感知环境的温湿度，Zigbee采集模块和温湿度传感器通信，采集温湿度的数据，通过Zibee通信传给SD卡形式的Zigbee模块，Zigbee模块通过SD卡接口，把数据传输给手机，手机便完成了数据的采集，再进行数据显示、存储、查询，手机和PC通过USB或者蓝牙实现数据上传，手机和网络间通过Wi—Fi、CDMA EV—DO/1X、GSM/GPRS实现温湿度数据的上传。

Android平台中的系统软件架构如图7所示，温湿度等传感器采集的实时数据通过SD卡形式的Zigbee模块采集，再经过SD卡的硬件物理层、MAC驱动层、网络和安全层（包括TCP/IP协议、SD和Zigbee协议）往上层上传，经过应用框架层、应用概要层，最后在上层应用层完成温湿度传感器实时数据的采集、显示、存储和上传的功能。软件功能主要包括：自动更新、外设管理、用户信息配置、数据采集、数据加工存储、温湿度传感器数据的查询和数据上传处理等。

方案优点： ◆SD卡已经是中高端手机特别是智能手机标准配置； ◆卡接口成熟，标准化程度高； ◆接口互通性、互操作性好； ◆卡方案开发成本低、推广容易，用户使用方便。 缺点： ◆受工艺和空间尺寸限制，一般不具有存储功能； ◆目前的工艺和器件水平只能做到Mini SD卡大小，还做不到Micro SD卡大小，而现有很多手机只有支持Micro SD卡的插槽，因此该方案不方便使用推广。

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物联网毕业设计选题

物联网毕业设计选题

物联网毕业设计选题物联网毕业设计选题物联网是近年来兴起的一项技术，它将各种智能设备与互联网连接起来，实现设备之间的信息交互和共享。

在物联网应用的各个领域，都有着广泛的应用前景。

因此，本文将介绍一个物联网毕业设计选题。

选题：智能家居系统设计与实现背景介绍：随着科技的发展和人们对生活质量的要求提高，智能家居系统逐渐成为人们关注的焦点。

智能家居系统将各种智能设备（如智能门锁、智能灯具、智能家电等）连接在一起，实现设备之间的信息交互和远程控制，为人们提供了更加便利、舒适、安全的居住环境。

选题意义：设计一个智能家居系统有助于提高人们的生活品质，提高家居的安全性和舒适性。

通过该系统，人们可以实现对家居设备的远程控制和智能化管理，提高家庭的能源利用效率，为人们提供更好的生活体验。

主要内容和研究目标：本课题主要研究智能家居系统的设计与实现。

包括以下几个方面：1.系统架构设计：通过对智能家居系统的需求分析和功能划分，设计出合理的系统架构，包括设备连接方式、数据传输协议选取、系统控制策略等。

2.设备选择与集成：选取合适的智能家居设备，并通过各种传感器和控制器将这些设备集成到系统中，实现设备之间的信息共享和联动控制。

3.远程控制与监控：设计一个能实现对智能家居系统的远程控制和监控的功能模块，使用户可以通过手机、电脑等终端设备实现对设备的远程控制。

4.用户体验优化：通过用户调研和测试，对智能家居系统进行优化，提升用户体验，提高系统的易用性和稳定性。

5.安全性设计：考虑到智能家居系统中存在的安全隐患，设计合适的安全策略和机制，提高系统的安全性，防止被不法分子入侵。

研究目标：通过对智能家居系统的研究与实现，使之能够满足用户的需求，提升用户的生活品质。

具体目标包括：1.设计出一个功能完备、性能稳定的智能家居系统原型。

2.实现对智能家居设备的远程控制和监控，提供方便、快捷的用户体验。

3.优化系统的易用性和稳定性，减少系统故障和操作失误。

基于物联网技术的智能家居系统研究与设计

基于物联网技术的智能家居系统研究与设计

基于物联网技术的智能家居系统研究与设计智能家居系统是将物联网技术与家居设备结合起来，使家居设备能够联网、互联互通，实现智能化的管理和控制。

在现代社会中，人们对于生活质量的要求不断提高，对于居家环境的舒适度和便利性也提出了更高的要求。

智能家居系统的研究与设计正是为了满足人们对于智能化家居的需求，并提供更加智能、高效的生活体验。

一、智能家居系统的研究与设计目标智能家居系统的研究与设计的目标是通过物联网技术实现家居设备之间的互联互通，提高家居设备的智能化程度，使人们的生活更加便利、舒适。

具体目标如下：1. 实现家居设备的互联互通：通过物联网技术，将各种家居设备连接到同一个网络中，实现设备之间的互联互通。

家居设备可以通过网络实时交换信息，协同工作，提高设备之间的配合效率。

2. 提供远程控制功能：通过智能家居系统，用户可以通过手机、平板电脑等远程设备来控制家居设备，无论用户身在何处，都能够实现对家居设备的控制。

例如，可以通过手机控制灯光、空调等设备的开关，实现在出门前远程打开空调预冷房间的功能。

3. 实现自动化管理：通过智能家居系统，用户可以根据自己的需求设置各种场景。

例如，可以设置起床模式，在设定的时间自动打开窗帘、烧水壶等设备；可以设置离家模式，在用户离开家后自动关闭电器设备等。

这种自动化的管理能够提高生活的便利性和效率。

4. 提高能源利用效率：智能家居系统可以通过自动化控制，实现对电器设备能源的有效管理。

例如，通过检测人员的存在与否来自动调节灯光的亮度，减少能源的浪费；通过监测室内温度来自动调节空调的开关与温度，优化能源的利用。

5. 提供安全保障功能：智能家居系统可以具备安全监控功能，通过摄像头、门窗传感器等监测设备，实时掌握家居的安全状况。

当发生异常情况时，可以通过设备提醒用户，或者自动触发报警系统，保障家庭成员的人身和财产安全。

二、智能家居系统的组成和实现技术智能家居系统主要由以下组成部分构成：1. 传感器和设备：包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、门窗传感器等，用于检测环境的状态和设备的工作状态。

物联网通信系统设计与实践

物联网通信系统设计与实践

物联网通信系统设计与实践摘要：现阶段，我国的物联网技术有了很大进展，在物联网通信行业中，系统的设计是非常重要的一项内容。

信息技术中不可缺少的部分就是物联网，使用物联网中的通信技术，能缓解通信中遇到的问题。

在传输信息时，可能会出现通信安全和质量不高的问题。

所以，要加强安全检测、差错检测，保证通信安全。

本文首先分析了物联网通信标准技术背景，其次探讨了物联网通信系统设计，最后就计算机通信技术在物联网中的具体使用以及实验进行研究，以供参考。

关键词：物联网；中间件；连接管理引言目前，我国物联网技术还处于初级发展阶段，很多技术和设施还处于开发和试用阶段，例如传感器还处于试用过程，但物联网技术在目前依然具有很大的应用前景。

现如今，很多地方都在频繁地使用物联网技术，即使大部分人并没有真正地了解到物联网的功能和使用原理，但是该技术已经在人们的生产生活中发挥着越来越重要的作用，可以想象到未来将是互联网的世界。

1物联网通信标准技术背景1.1AllJoyn（1）AllJoyn路由：主要定义AllJoyn设备之间的数据传送和接收。

（2）AllJoyn核心函数库：主要定义探索和广播函数库（Discovery&AdvertisementAPIs）、连接应用程序接口（ConnectionAPIs）、接口应用程序接口（InterfaceAPIs）、以及安全应用程序接口（SecurityAPIs）。

其中，各个不同的物联网应用的数据模型主要定义在接口应用程序接口，如：音响接口（org.allseen.media.audio），并可以透过探索和广播函数库来搜寻网络内其他AllJoyn设备或自身设备加入至网络时可广播告知其他AllJoyn设备，再通过连接应用程序接口建立连接。

此外，亦可结合安全应用程序接口建立安全的连接和通信。

（3）AllJoyn框架：主要定义登录、通知、控制、设定等基本功能，各个不同的物联网应用的AllJoyn设备可依其应用功能实作不同控制指令，例如：灯泡（Lighting）、音响（Audio）等，控制AllJoyn灯泡设备时，可呼叫TransitionLampState方法来开启AllJoyn灯泡设备。

物联网应用研究报告

物联网应用研究报告

物联网应用研究报告一、引言在当今科技飞速发展的时代，物联网（Internet of Things，IoT）已经成为了一个热门话题。

物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。

其目的是实现物与物、人与物之间的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

物联网的应用领域广泛，涵盖了工业、农业、交通、医疗、家居等多个方面，正在深刻地改变着人们的生产和生活方式。

二、物联网的技术基础（一）传感器技术传感器是物联网获取信息的关键设备，能够感知物理世界中的各种参数，如温度、湿度、压力、光照等，并将其转换为电信号。

随着微机电系统（MEMS）技术的发展，传感器变得越来越小型化、低功耗和高精度。

（二）通信技术物联网中的通信技术包括短距离通信（如蓝牙、Zigbee、WiFi）和长距离通信（如 NBIoT、LoRa、4G/5G）。

这些技术为物联网设备之间的数据传输提供了可靠的通道。

（三）云计算与大数据大量的物联网设备产生的海量数据需要强大的云计算和大数据处理能力进行存储、分析和挖掘，以提取有价值的信息。

（四）人工智能人工智能技术在物联网中的应用，如智能识别、预测分析等，能够进一步提升物联网系统的智能化水平。

三、物联网在工业领域的应用（一）智能制造通过在生产设备上安装传感器，实时监测设备的运行状态，实现预测性维护，减少停机时间，提高生产效率。

同时，利用物联网技术可以实现生产过程的智能化控制和优化，提高产品质量。

（二）供应链管理在供应链中，物联网可以实现对货物的实时跟踪和监控，确保货物的安全和准时交付。

此外，还可以优化库存管理，降低库存成本。

四、物联网在农业领域的应用（一）精准农业利用传感器监测土壤湿度、肥力、酸碱度等参数，以及气象信息，实现精准灌溉、施肥和病虫害防治，提高农作物产量和质量。

（二）农业物联网平台通过建立农业物联网平台，整合农业生产中的各种数据，为农民提供决策支持，促进农业生产的规模化和标准化。