物聯(lián)網(wǎng)電飯鍋APP的設(shè)計(jì)

梁?jiǎn)⑽? 龍世瑜 鄧嘉慧 楊金華

摘 要：在OneNET云平臺(tái)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Delphi設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)電飯鍋APP，并用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手NetAssist模擬電飯鍋，使APP具有遠(yuǎn)程監(jiān)控電飯鍋狀態(tài)和余米量的功能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控電飯鍋?zhàn)詣?dòng)下米、自動(dòng)加水、自動(dòng)洗米、自動(dòng)煮飯等。該產(chǎn)品具有響應(yīng)速度快、高效，運(yùn)行平穩(wěn)，準(zhǔn)確性高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);OneNET;Delphi;電飯鍋

中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）01-00-04

0 引 言

據(jù)調(diào)查，市面上最新、最智能的電飯鍋的功能與傳統(tǒng)電飯鍋相比，除常用的預(yù)約功能外，還提供了互聯(lián)網(wǎng)+的煮飯監(jiān)控。電飯鍋定時(shí)預(yù)約煮飯時(shí)，需要事先把大米洗干凈并配好水，但大米長(zhǎng)時(shí)間在水中浸泡影響了米飯的口感[1]。而利用手機(jī)APP控制物聯(lián)網(wǎng)智能電飯鍋，可以自動(dòng)下米、洗米，且此類電飯鍋尚未上市。因此，物聯(lián)網(wǎng)智能電飯鍋具有巨大的市場(chǎng)潛能。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要分為APP終端模塊、云平臺(tái)、電飯鍋模擬模塊三部分，利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)APP、硬件模擬模塊與云平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳送與命令下發(fā)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。在APP確認(rèn)電飯鍋設(shè)備在線后，開始工作，遠(yuǎn)程獲得儲(chǔ)米箱的余米量，用戶可在APP選擇下米量和做飯模式，偵測(cè)電飯鍋?zhàn)鲲埖母鞣N狀態(tài)，直到煮飯完成，其工作流程如圖2所示。若離線，則APP無法使用。

與傳統(tǒng)電飯鍋相比，本文系統(tǒng)多了手機(jī)和云平臺(tái)數(shù)據(jù)的控制與檢測(cè)。使用者只需用手機(jī)點(diǎn)擊APP發(fā)送命令，就能實(shí)時(shí)監(jiān)控電飯鍋的狀態(tài)。其主要實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）把適量的大米存在儲(chǔ)米箱，當(dāng)普通米缸使用。

（2）家里或工地上的電飯鍋通過WiFi模塊連接云平臺(tái)。

（3）在手機(jī)APP的主菜單頁面查詢余米量，選擇下米量，點(diǎn)擊相應(yīng)的煮食模式，APP將該功能發(fā)送至云平臺(tái)，電飯鍋接收指令。

（4）電飯鍋接收到指令后開始動(dòng)作，且把每個(gè)操作步驟和做飯狀態(tài)反饋至APP，實(shí)現(xiàn)電飯鍋狀態(tài)的遠(yuǎn)程智能化監(jiān)控[2]。

2 OneNET云平臺(tái)的搭建

OneNET是中國移動(dòng)自主研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)開放云平臺(tái)，全面支持NB-IoT設(shè)備接入，提供智能家電行業(yè)套件解決方案、視頻能力服務(wù)和圖形化應(yīng)用開發(fā)工具，進(jìn)一步整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，助力物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈構(gòu)建[3]。搭建方法如下：

（1）注冊(cè)并登錄OneNET，進(jìn)入開發(fā)者中心界面，點(diǎn)擊創(chuàng)建產(chǎn)品選項(xiàng)。產(chǎn)品創(chuàng)建名稱為EDP電飯鍋，產(chǎn)品行業(yè)為智能家居，選擇設(shè)備接入方式為公開協(xié)議，聯(lián)網(wǎng)方式為WiFi。設(shè)備接入?yún)f(xié)議EDP[4]（Enhanced Device Protocol，EDP），使創(chuàng)建的“EDP電飯鍋”產(chǎn)品具有上報(bào)傳感器數(shù)據(jù)點(diǎn)和接收實(shí)時(shí)命令的功能。

（2）打開公開協(xié)議產(chǎn)品界面，點(diǎn)擊EDP電飯鍋產(chǎn)品進(jìn)入產(chǎn)品概況詳細(xì)頁，創(chuàng)建一個(gè)新設(shè)備EDP1，創(chuàng)建設(shè)備成功后，可在此頁面獲取設(shè)備信息：產(chǎn)品ID、用戶ID、APIKey、設(shè)備接入?yún)f(xié)議、產(chǎn)品概要分析、設(shè)備趨勢(shì)分析和數(shù)據(jù)點(diǎn)上傳分析。其中，APIKey在設(shè)備創(chuàng)建時(shí)自動(dòng)生成，可默認(rèn)關(guān)聯(lián)任何設(shè)備。

（3）利用平臺(tái)提供的EDPSDK，開展和接入服務(wù)器的TCP連接，實(shí)現(xiàn)EDP協(xié)議，用于上報(bào)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)點(diǎn)。官方網(wǎng)站的協(xié)議說明為《設(shè)備終端接入?yún)f(xié)議-EDP》。若要實(shí)時(shí)接收業(yè)務(wù)層下發(fā)的控制命令，則需保持EDP長(zhǎng)連接，而且利用開放的API接口可自定義實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)平臺(tái)?？赏ㄟ^EDP 協(xié)議的RESTFUL API操作OneNET提供的資源，如設(shè)備增刪改查、數(shù)據(jù)流創(chuàng)建、數(shù)據(jù)點(diǎn)上傳、命令下發(fā)等，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單調(diào)用、快速生成應(yīng)用[4]。EDP服務(wù)器地址域名為jjfaedp.hedevice.com，端口號(hào)為876。

3 物聯(lián)網(wǎng)APP的開發(fā)工具

3.1 可視化的集成開發(fā)環(huán)境

Delphi是Pascal項(xiàng)目的一個(gè)分支，基本語言還是Pascal語言[5]，核心是Object Pascal的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）[6]，其最大優(yōu)點(diǎn)是作為一個(gè)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)為中心的開發(fā)工具，采用圖形用戶界面作為開發(fā)環(huán)境，使用類庫和IDE，VCL工具編譯器，大大提高了開發(fā)效率。

3.2 控件與過程

（1）常用控件。Delphi使用VCL可視組件庫，在窗體設(shè)計(jì)器右下方找到組件面板，按組件的不同特點(diǎn)和用戶需求分門別類，可選擇的控件有TButton，TGroupBox，TExit，TLable，TImage……分別稱之為按鈕、分組框、文本編輯、標(biāo)簽編輯和插入圖片等。StyleBook樣式是一種皮膚，也稱做“樣式”或“風(fēng)格”，包含很多具有動(dòng)畫效果的動(dòng)作，增強(qiáng)了用戶界面體驗(yàn)[7]。

（2）procedure過程：一類為標(biāo)準(zhǔn)過程;另一類為自定義過程。在本文設(shè)計(jì)中，中間部分的語句以begin開始、end結(jié)束，與C語言編程類似，但procedure過程沒有返回值。本文使用的標(biāo)準(zhǔn)過程、自定義過程有表單創(chuàng)建過程、表單結(jié)束過程、按鈕過程、掃描接收過程、定時(shí)器定時(shí)使用過程等[8]。

3.3 APP的主要功能

進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)電飯鍋APP主界面后，可看到有6種做飯模式，其界面顯示如圖3所示。

（1）檢測(cè)電飯鍋設(shè)備狀態(tài)

當(dāng)電飯鍋斷電或未成功連網(wǎng)時(shí)，設(shè)備狀態(tài)顯示離線;反之，則顯示在線。只有電飯鍋設(shè)備狀態(tài)顯示在線時(shí)，APP的整體功能才被啟動(dòng)。偵查設(shè)備狀態(tài)的功能運(yùn)用了TjsonObject類，獲取從OneNET返回的Json數(shù)據(jù)，提取需要的設(shè)備狀態(tài)Status。

（2）獲取余米量，發(fā)送下米量

從OneNET云平臺(tái)獲取余米量的數(shù)值后，在Delphi的程序中通過Json單元提取需要的字符串（單位：g）;為了獲得更好的用戶體驗(yàn)，把獲得的字符串轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)型，再除以500得到以斤為單位的數(shù)值。另外，在電飯鍋完成煮飯后，OneNET會(huì)再次返回儲(chǔ)米箱的余米量顯示給用戶。

硬件模塊的生產(chǎn)需求規(guī)定：下米量為150 g（3兩）的倍數(shù)，因此設(shè)計(jì)下米量的單位為兩，用戶能直觀地輸入下米量。若未填寫下米量，則米量組的 “發(fā)送”按鈕會(huì)變成灰色不可用，并彈出對(duì)話框“is not a valid interger value”提醒用戶輸入需要煮飯的米量。

（3）選擇模式，查看做飯狀態(tài)

供選擇的模式為保溫/取消、標(biāo)準(zhǔn)、超快、蒸煮、煲湯、煮粥/稀飯。這些模式綜合了市場(chǎng)上各種電飯鍋的功能，在硬件水平設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)上設(shè)定。

電飯鍋的做飯狀態(tài)為洗米中、洗米完成、煮飯中、煮飯完成。當(dāng)用戶選好做飯模式，填好下米量后，點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕，電飯鍋動(dòng)作、下正確的米量、噴水洗米，進(jìn)入“洗米中”狀態(tài);洗米完成后為“洗米完成”狀態(tài);之后電飯鍋?zhàn)詣?dòng)進(jìn)入“煮飯中”狀態(tài)，數(shù)據(jù)上傳至OneNET，手機(jī)APP定時(shí)掃描云平臺(tái)，監(jiān)控電飯鍋狀態(tài)，直到進(jìn)入“煮飯完成”狀態(tài)。

4 通信協(xié)議數(shù)據(jù)格式

為了實(shí)現(xiàn)電飯鍋和手機(jī)APP通信的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和設(shè)備的精準(zhǔn)控制，本文設(shè)計(jì)了一套完整的電飯鍋通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)的封裝[9]。

4.1 連接請(qǐng)求和連接響應(yīng)

（1）連接請(qǐng)求是指電飯鍋在通電以后，通過一段數(shù)據(jù)包連接OneNET云設(shè)備。

連接請(qǐng)求包含消息頭、選項(xiàng)和消息體三部分。選項(xiàng)包括協(xié)議名稱、協(xié)議版本、連接標(biāo)志、保持連接時(shí)間。消息體包含設(shè)備ID、鑒權(quán)信息，內(nèi)容均為長(zhǎng)度+內(nèi)容的字符串格式，設(shè)備ID必須傳遞。數(shù)據(jù)格式如下：

消息類型+剩余字節(jié)長(zhǎng)度+選項(xiàng)1：協(xié)議描述+選項(xiàng)2：協(xié)議版本+選項(xiàng)3：連接標(biāo)志+選項(xiàng)4：保持時(shí)間+設(shè)備ID字節(jié)長(zhǎng)度+設(shè)備ID+ API字節(jié)長(zhǎng)度+ API

（2）連接響應(yīng)是電飯鍋連接請(qǐng)求返回的數(shù)據(jù)，也是OneNET云平臺(tái)的自帶協(xié)議。

連接響應(yīng)報(bào)文包含消息頭與2個(gè)必選項(xiàng)。其中，選項(xiàng)包括1 B響應(yīng)標(biāo)志和1 B返回碼選項(xiàng)。數(shù)據(jù)格式如下：

消息類型+剩余字節(jié)長(zhǎng)度+選項(xiàng)1：標(biāo)志+選項(xiàng)2：返回碼

4.2 電飯鍋數(shù)據(jù)發(fā)送和APP數(shù)據(jù)接收

（1）電飯鍋轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)質(zhì)是向OneNET云平臺(tái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。該消息是從設(shè)備到云平臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)，由消息頭、1個(gè)選項(xiàng)和消息體組成，其中選項(xiàng)標(biāo)志位必填，其他根據(jù)標(biāo)志位選填。消息體選擇type=5的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為自定義間隔字符串格式，消息編號(hào)是一個(gè)零值。服務(wù)器收到此消息后，不會(huì)響應(yīng)一個(gè)SAVE_ACK消息。數(shù)據(jù)格式如下：

消息類型+剩余字節(jié)長(zhǎng)度+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型+剩余字節(jié)長(zhǎng)度+內(nèi)容（數(shù)據(jù)固定五位數(shù)）

（2）當(dāng)電飯鍋把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在OneNET后，APP在定時(shí)器定時(shí)掃描的作用下獲取變化的數(shù)值。APP接收的數(shù)據(jù)通過調(diào)用設(shè)備API服務(wù)讀取，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為Json格式[10]。

4.3 APP命令下發(fā)和電飯鍋數(shù)據(jù)接收

（1）APP命令下發(fā)的實(shí)質(zhì)是移動(dòng)終端通過OneNET云平臺(tái)對(duì)電飯鍋進(jìn)行數(shù)據(jù)透?jìng)?。本文設(shè)計(jì)命令下發(fā)內(nèi)容為：煮食方式+下米量。其中，每種煮食選擇方式對(duì)應(yīng)的模式見表1所列。

4.4 心跳請(qǐng)求和心跳響應(yīng)

心跳請(qǐng)求：確保電飯鍋和OneNET進(jìn)行長(zhǎng)連接，時(shí)間約為2 min，只有消息頭，由電飯鍋發(fā)送至OneNET服務(wù)器，數(shù)據(jù)格式為C0? 00。

心跳響應(yīng)：在心跳請(qǐng)求后，若成功，則OneNET會(huì)有響應(yīng)。該消息從OneNET服務(wù)器返回電飯鍋，數(shù)據(jù)格式為D0? 00。

在APP電飯鍋的程序里，每隔3 min發(fā)送一次心跳請(qǐng)求，確保電飯鍋與OneNET保持長(zhǎng)連接。

5 功能調(diào)試與實(shí)現(xiàn)

5.1 網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手NetAssist設(shè)置

NetAssist模擬電飯鍋硬件連接OneNET，根據(jù)官網(wǎng)上提供的《設(shè)備接入?yún)f(xié)議-EDP》，設(shè)置NetAssist 的協(xié)議類型為TCP Client。本地主機(jī)地址設(shè)置為電腦本地IP地址，遠(yuǎn)程主機(jī)地址設(shè)置為EDP服務(wù)器IP地址180.230.40.39，端口號(hào)為876。若點(diǎn)擊連接后對(duì)話框變?yōu)榧t亮，則NetAssist連接成功。

5.2 設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)

根據(jù)上文設(shè)計(jì)的通信協(xié)議數(shù)據(jù)格式，電飯鍋連接OneNET上的設(shè)備號(hào)為4091736，APIKey為8Ex1CCrRNYoxBLj2IlYWx10Jn0w=的設(shè)備， 因此網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手NetAssist發(fā)送的數(shù)據(jù)包為：

5.3 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收

5.4 心跳包

由于電飯鍋使用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手NetAssist模擬，因此無法使用程序控制定時(shí)發(fā)送心跳請(qǐng)求。在本文設(shè)計(jì)中，需手動(dòng)大約2 min發(fā)送一次心跳請(qǐng)求，數(shù)據(jù)包為C0 00，維持電飯鍋與OneNET平臺(tái)的長(zhǎng)連接。若確保心跳響應(yīng)為D0 00，則表明電飯鍋長(zhǎng)連接能保持，EDP電飯鍋設(shè)備一直顯示在線。

6 結(jié) 語

本文借助OneNET平臺(tái)的EDP協(xié)議，設(shè)計(jì)了基于Delphi的可視化電飯鍋APP，完成了傳送數(shù)據(jù)包、分析Json數(shù)據(jù)、獲取Json有用元素的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過測(cè)試表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確，發(fā)生重傳的幾率低，可應(yīng)用于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)電飯鍋的控制。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉意期，彭一航，龍世瑜，等.基于物聯(lián)網(wǎng)+電飯鍋的設(shè)計(jì)[J].福建電腦，2017，33（9）：8-9，14.

[2]朱璟，李世國.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的新型智能家電之設(shè)計(jì)思考[J].包裝工程，2010，31（16）：70-73.

[3]中移物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)NB IoT設(shè)備接入[OL].[2017-08-03].https：//open.iot.10086.cn/bbs/forum.php.

[4]彭小紅，邢旭峰，曾宏俊.基于OneNet物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的智能養(yǎng)殖系統(tǒng)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專業(yè)版）. 2017（31）：67-72.

[5]黃毅.基于Delphi的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)[D]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2016.

[6] LINSTONE? H A， TUROFF M.The Delphi method：techniques and applications [J].Addison-wesley reading， MA， 1975（12）：56-58.

[7] VERHAGEN A P， DE VET H C， DE BIE R A， et al. The Delphi list： a criteria list for quality assessment of randomized clinical trials for conducting systematic reviews developed by Delphi consensus[J].Journal of clinical epidemiology， 1998， 51（12）：41-92.

[8] POWELL C. The Delphi technique：myths and realities[J].Journal of advanced nursing， 2003，41（4）：82-86.

[9]廖勇.統(tǒng)一信息網(wǎng)空間數(shù)據(jù)通信傳輸協(xié)議研究[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2014.

[10]于京，詹曉東.一種基于Json格式的生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模型[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012，34（3）：154-155.