物聯網電飯鍋APP的設計

　　摘要：在OneNET云平臺的基礎上，運用Delphi設計物聯網電飯鍋APP，并用網絡調試助手NetAssist模擬電飯鍋，使APP具有遠程監控電飯鍋狀態和余米量的功能，同時可實現遠程操控電飯鍋自動下米、自動加水、自動洗米、自動煮飯等。該產品具有響應速度快、高效，運行平穩，準確性高等特點。

　　關鍵詞：物聯網;OneNET;Delphi;電飯鍋

　　0引言

　　據調查，市面上最新、最智能的電飯鍋的功能與傳統電飯鍋相比，除常用的預約功能外，還提供了互聯網+的煮飯監控。電飯鍋定時預約煮飯時，需要事先把大米洗干凈并配好水，但大米長時間在水中浸泡影響了米飯的口感[1]。而利用手機APP控制物聯網智能電飯鍋，可以自動下米、洗米，且此類電飯鍋尚未上市。因此，物聯網智能電飯鍋具有巨大的市場潛能。

　　1系統總體結構

　　系統主要分為APP終端模塊、云平臺、電飯鍋模擬模塊三部分，利用TCP/IP網絡傳輸協議實現APP、硬件模擬模塊與云平臺之間的數據傳送與命令下發。在APP確認電飯鍋設備在線后，開始工作，遠程獲得儲米箱的余米量，用戶可在APP選擇下米量和做飯模式，偵測電飯鍋做飯的各種狀態，直到煮飯完成。若離線，則APP無法使用。

　　與傳統電飯鍋相比，本文系統多了手機和云平臺數據的控制與檢測。使用者只需用手機點擊APP發送命令，就能實時監控電飯鍋的狀態。其主要實現步驟如下：(1)把適量的大米存在儲米箱，當普通米缸使用。(2)家里或工地上的電飯鍋通過WiFi模塊連接云平臺。(3)在手機APP的主菜單頁面查詢余米量，選擇下米量，點擊相應的煮食模式，APP將該功能發送至云平臺，電飯鍋接收指令。(4)電飯鍋接收到指令后開始動作，且把每個操作步驟和做飯狀態反饋至APP，實現電飯鍋狀態的遠程智能化監控[2]。

　　2OneNET云平臺的搭建

　　OneNET是中國移動自主研發的物聯網開放云平臺，全面支持NB-IoT設備接入，提供智能家電行業套件解決方案、視頻能力服務和圖形化應用開發工具，進一步整合產業鏈上下游資源，助力物聯網生態圈構建[3]。搭建方法如下：

　　(1)注冊并登錄OneNET，進入開發者中心界面，點擊創建產品選項。產品創建名稱為EDP電飯鍋，產品行業為智能家居，選擇設備接入方式為公開協議，聯網方式為WiFi。設備接入協議EDP[4](EnhancedDeviceProtocol，EDP)，使創建的“EDP電飯鍋”產品具有上報傳感器數據點和接收實時命令的功能。

　　(2)打開公開協議產品界面，點擊EDP電飯鍋產品進入產品概況詳細頁，創建一個新設備EDP1，創建設備成功后，可在此頁面獲取設備信息：產品ID、用戶ID、APIKey、設備接入協議、產品概要分析、設備趨勢分析和數據點上傳分析。其中，APIKey在設備創建時自動生成，可默認關聯任何設備。

　　(3)利用平臺提供的EDPSDK，開展和接入服務器的TCP連接，實現EDP協議，用于上報業務數據點。官方網站的協議說明為《設備終端接入協議-EDP》。若要實時接收業務層下發的控制命令，則需保持EDP長連接，而且利用開放的API接口可自定義實現業務平臺�？赏ㄟ^EDP協議的RESTFULAPI操作OneNET提供的資源，如設備增刪改查、數據流創建、數據點上傳、命令下發等，實現簡單調用、快速生成應用[4]。EDP服務器地址域名為jjfaedp.hedevice.com，端口號為876。

　　3物聯網APP的開發工具

　　3.1可視化的集成開發環境

　　Delphi是Pascal項目的一個分支，基本語言還是Pascal語言[5]，核心是ObjectPascal的集成開發環境(IDE)[6]，其最大優點是作為一個面向對象設計為中心的開發工具，采用圖形用戶界面作為開發環境，使用類庫和IDE，VCL工具編譯器，大大提高了開發效率。

　　3.2控件與過程

　　(1)常用控件。Delphi使用VCL可視組件庫，在窗體設計器右下方找到組件面板，按組件的不同特點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、標簽編輯和插入圖片等。StyleBook樣式是一種皮膚，也稱做“樣式”或“風格”，包含很多具有動畫效果的動作，增強了用戶界面體驗[7]。

　　(2)procedure過程：一類為標準過程;另一類為自定義過程。在本文設計中，中間部分的語句以begin開始、end結束，與C語言編程類似，但procedure過程沒有返回值。本文使用的標準過程、自定義過程有表單創建過程、表單結束過程、按鈕過程、掃描接收過程、定時器定時使用過程等[8]。

　　3.3APP的主要功能

　　進入物聯網電飯鍋APP主界面后，可看到有幾種做飯模式。

　　(1)檢測電飯鍋設備狀態當電飯鍋斷電或未成功連網時，設備狀態顯示離線;反之，則顯示在線。只有電飯鍋設備狀態顯示在線時，APP的整體功能才被啟動。偵查設備狀態的功能運用了TjsonObject類，獲取從OneNET返回的Json數據，提取需要的設備狀態Status。

　　(2)獲取余米量，發送下米量從OneNET云平臺獲取余米量的數值后，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，把獲得的字符串轉換成浮點型，再除以500得到以斤為單位的數值。另外，在電飯鍋完成煮飯后，OneNET會再次返回儲米箱的余米量顯示給用戶。硬件模塊的生產需求規定：下米量為150g(3兩)的倍數，因此設計下米量的單位為兩，用戶能直觀地輸入下米量。若未填寫下米量，則米量組的“發送”按鈕會變成灰色不可用，并彈出對話框“isnotavalidintergervalue”提醒用戶輸入需要煮飯的米量。

　　(3)選擇模式，查看做飯狀態供選擇的模式為保溫/取消、標準、超快、蒸煮、煲湯、煮粥/稀飯。這些模式綜合了市場上各種電飯鍋的功能，在硬件水平設施能夠實現的基礎上設定。電飯鍋的做飯狀態為洗米中、洗米完成、煮飯中、煮飯完成。當用戶選好做飯模式，填好下米量后，點擊“發送”按鈕，電飯鍋動作、下正確的米量、噴水洗米，進入“洗米中”狀態;洗米完成后為“洗米完成”狀態;之后電飯鍋自動進入“煮飯中”狀態，數據上傳至OneNET，手機APP定時掃描云平臺，監控電飯鍋狀態，直到進入“煮飯完成”狀態。

　　4通信協議數據格式

　　為了實現電飯鍋和手機APP通信的數據準確性和設備的精準控制，本文設計了一套完整的電飯鍋通信協議，實現無線傳感網數據的封裝[9]。

　　4.1連接請求和連接響應

　　(1)連接請求是指電飯鍋在通電以后，通過一段數據包連接OneNET云設備。連接請求包含消息頭、選項和消息體三部分。選項包括協議名稱、協議版本、連接標志、保持連接時間。消息體包含設備ID、鑒權信息，內容均為長度+內容的字符串格式，設備ID必須傳遞。數據格式如下：消息類型+剩余字節長度+選項1：協議描述+選項2：協議版本+選項3：連接標志+選項4：保持時間+設備ID字節長度+設備ID+API字節長度+API(2)連接響應是電飯鍋連接請求返回的數據，也是OneNET云平臺的自帶協議。連接響應報文包含消息頭與2個必選項。其中，選項包括1B響應標志和1B返回碼選項。數據格式如下：消息類型+剩余字節長度+選項1：標志+選項2：返回碼4.2電飯鍋數據發送和APP數據接收(1)電飯鍋轉發數據的實質是向OneNET云平臺存儲數據。

　　該消息是從設備到云平臺發送的數據，由消息頭、1個選項和消息體組成，其中選項標志位必填，其他根據標志位選填。消息體選擇type=5的數據結構，為自定義間隔字符串格式，消息編號是一個零值。服務器收到此消息后，不會響應一個SAVE_ACK消息。數據格式如下：消息類型+剩余字節長度+數據結構類型+剩余字節長度+內容(數據固定五位數)(2)當電飯鍋把數據存儲在OneNET后，APP在定時器定時掃描的作用下獲取變化的數值。APP接收的數據通過調用設備API服務讀取，數據結構為Json格式[10]。

　　4.3APP命令下發和電飯鍋數據接收

　　(1)APP命令下發的實質是移動終端通過OneNET云平臺對電飯鍋進行數據透傳。本文設計命令下發內容為：煮食方式+下米量。其中，每種煮食選擇方式對應的模式。在標準模式下發送下米量，使用重復校驗法把做飯方式和下米量重復發送兩次，保證數據的準確性，其具體發送方式。在超快、蒸煮、煲湯、保溫/取消、煮粥/稀飯等模式下，下米量的發送亦如此。與APP數據接收一樣，調用API服務發送命令給電飯鍋，數據結構同樣為Json格式。

　　(2)在APP選擇和點擊確認后，OneNET云平臺下發命令，電飯鍋接收到一串數據包，格式為《設備接入終端協議-EDP》下消息類型的5.7命令請求，該消息由服務器發往客戶端，以執行指定的命令。

　　4.4心跳請求和心跳響應

　　心跳請求：確保電飯鍋和OneNET進行長連接，時間約為2min，只有消息頭，由電飯鍋發送至OneNET服務器，數據格式為C000。心跳響應：在心跳請求后，若成功，則OneNET會有響應。該消息從OneNET服務器返回電飯鍋，數據格式為D000。在APP電飯鍋的程序里，每隔3min發送一次心跳請求，確保電飯鍋與OneNET保持長連接。

　　5功能調試與實現

　　5.1網絡調試助手

　　NetAssist設置NetAssist模擬電飯鍋硬件連接OneNET，根據官網上提供的《設備接入協議-EDP》，設置NetAssist的協議類型為TCPClient。本地主機地址設置為電腦本地IP地址，遠程主機地址設置為EDP服務器IP地址180.230.40.39，端口號為876。若點擊連接后對話框變為紅亮，則NetAssist連接成功。

　　5.2設備狀態檢測

　　根據上文設計的通信協議數據格式，電飯鍋連接OneNET上的設備號為4091736，APIKey為8Ex1CCrRNYoxBLj2IlYWx10Jn0w=的設備，因此網絡調試助手NetAssist發送的數據包為：1030000345445001400100000734303931373336001C38457831434372524E596F78424C6A32496C59577831304A6E30773D在NetAssist上響應20020000，OneNET顯示在線，APP頁面顯示設備狀態，此時表明連接成功。

　　5.3數據發送與接收

　　(1)發送與接收余米量。在電飯鍋啟動和電飯鍋煮飯完成后，電飯鍋都向OneNET平臺返回一次余米量。現假設電飯鍋硬件的儲米箱米量為1123g，根據上文設計的電飯鍋數據發送協議，發送的數據格式為“，;rice，01123”。其中，rice是余米量對應的數據流;01123是固定發送的5位數據，因此在1123前添加0，變成01123。數據包為：80100005000C2C3B726963652C3031313233在OneNET上的rice數據流中能看到數據01123，表明電飯鍋發送數據成功。電飯鍋發送余米量后，在APP界面顯示接收余米量的數據。

　　(2)發送與接收做飯狀態。在電飯鍋做飯的四個過程中，每個過程完成后都發送其狀態，告知APP其狀態并顯示在頁面上。其中，“洗米中”發送“AA”;“洗米完成”發送“BB”;“煮飯中”發送“CC”;“煮飯完成”發送“DD”，發送的數據格式為“，;status，AA”。5.4心跳包由于電飯鍋使用網絡調試助手NetAssist模擬，因此無法使用程序控制定時發送心跳請求。在本文設計中，需手動大約2min發送一次心跳請求，數據包為C000，維持電飯鍋與OneNET平臺的長連接。若確保心跳響應為D000，則表明電飯鍋長連接能保持，EDP電飯鍋設備一直顯示在線。

　　6結語

　　本文借助OneNET平臺的EDP協議，設計了基于Delphi的可視化電飯鍋APP，完成了傳送數據包、分析Json數據、獲取Json有用元素的系統設計。通過測試表明，該系統運行穩定，數據傳輸準確，發生重傳的幾率低，可應用于對物聯網電飯鍋的控制。

　　參考文獻

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

　　[2]朱璟，李世國.物聯網環境下的新型智能家電之設計思考[J].包裝工程，2010，31(16)：70-73.

　　[3]中移物聯網開放平臺NBIoT設備接入[OL].[2017-08-03].

　　[4]彭小紅，邢旭峰，曾宏俊.基于OneNet物聯網云平臺的智能養殖系統[J].現代計算機(專業版).2017(31)：67-72.

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