CN109683882A - 基于移动终端的可视化环境下nb-iot终端软件开发方法 - Google Patents

基于移动终端的可视化环境下nb-iot终端软件开发方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于移动终端的可视化环境下NB‑IOT终端软件开发方法，其特征在于：本发明方法是通过WiFi将移动设备与编程魔盒连接，在移动设备的可视化开发环境中拖拽积木式代码块进行组合，上传代码后将代码生成器生成的代码通过服务器后端发送给编程魔盒，再由MCU编程进程对代码进行分析，找出所使用的端口和硬件模块，添加相应的头文件和库文件，并调用相应编译器与烧写器完成烧写。此外，STM32单片机与NB‑IOT模块进行通信，实现外设到OneNet之间的数据透传。本发明受教育部‑中国移动科研基金项目(MCM20170206)，国家自然科学基金(61402210)，兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金(lzujbky‑2018‑k12)资助。

Description

基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法
技术领域
本发明属于电子技术类，涉及一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法。
背景技术
物联网在目前的“信息化”时代是计算机领域的重要发展阶段，近几年来，物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，一直以较快的速度发展，在我们的生活也随处可见。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。
在这样的环境下，物联网将成为下一个推动世界高速发展的“重要生产力”，是继通信网之后的另一个万亿级市场。一方面，物联网可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面它可以为全球经济的复苏提供技术动力。美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。
NB-IoT是物联网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。我国运营商在内诸多运营商在开展NB-IoT和研究。然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足。事实上，相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。作为LTE的演进型技术，4.5G除了具有高达1Gbps的峰值速率，还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数，支持M2M连接以及更低时延，将助推高清视频、VoLTE以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场。
发明内容
本发明提供了一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，解决了目前NB-IOT终端软件开发门槛高且无基于移动终端开发环境的问题。本发明方法包括以下步骤：
1)将移动设备与编程魔盒通过WiFi热点连接，NB-IOT标准模块与编程魔盒的标准接口连接，NB-IOT 模块与外部设备连接。
2)从移动终端进入可视化开发环境，拖拽积木式代码块到工作区进行排列组合，JavaScript代码在后台维护一个Coding Block的链表。
3)上传代码，调用代码生成器，代码生成器首先遍历整个链表，根据使用到的Coding Block添加配置函数和支持函数，接着以Coding Block之间的嵌套关系逐个Block生成代码，完成后续处理后，通过Ajax技术将所生成代码传回服务器后端。
4)后端服务器脚本将接收到的代码通过WiFi发送给编程魔盒中的MCU编程进程。
5)MCU编程进程接收到代码后，对所传回的代码进行分析，找出所使用的端口和硬件模块，综合分析后，添加相应的头文件和库文件。
6)根据所选择MCU的种类和型号，调用相应编译器与烧写器，完成烧写，同时与服务器后端通信，将编译过程中的错误与其他信息由服务器后端发送回浏览器，便于开发者即时获得信息。
7)STM32单片机与NB-IOT模块进行通信，借助NB-IOT模组与中国移动物联网管理中心(OneNet) 连接，由STM8/32单片机解析、构造数据包，并通过各种通信总线和端口与各种外设或其它控制器进行连接，实现从外设到OneNet之间的数据透传。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
1)一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，它包括NB-IOT标准模块常用端口、编程魔盒、集成可视化开发环境。
2)NB-IOT标准模块与外部设备直接相连：NB-IOT模组与STM8/32单片机连接后，通过STM8/32单片机来扩展外设连接。连接方式如附图2所示：常用STM8/32单片机的通讯端口按照功能分为数字I/O,模拟I/O与总线端口。其中总线端口包括：SPI、I2C、I2S等。根据单片机常用外设的要求，以上总线能够满足绝大多数应用需要。项目组将会将以上端口以排针或符合相应协议标准的插槽形式从PCB的一侧引出，以便连接各种外设。
3)NB-IOT标准模块的常用端口标准函数库：标准函数库被嵌入到App或B/S架构服务软件的UI(User Interface)中，作为拖拽式编程的零件库，用户搭建程序时可直接拖拽使用。函数库根据NB-IOT 模块的功能特性被分为三类，分别为基本功能类，外设控制类，NB-IOT通信类，并通过模块代码的颜色加以区分。
4)NB-IOT标准模块标准函数库中的模块代码：
外观代码({"type":,"name":,"input":,"output":,"colour":,“shape”:,}):通过模块的外观代码决定模块在UI中所呈现的样子，使用JSON语言进行实现，分别对模块外观的类型、名字、颜色、形状及连接方式进行定义，不同类别的模块可通过颜色加以区分，而不同类型的数据通过标志位的异同决定是否可以进行拼接；
对应C语言代码：由于STM系列单片机常用C语言进行开发，所以模块对应的内部代码将使用C语言进行实现，如STM系列单片机可通过下述代码实现数字信号的写入：
pinMode(1,OUTPUT)；digitalWrite(1,HIGH)；
以此类推可设计实现其他模块的内部代码。
代码的压缩和封装：使用闭包(Closure)技术将代码压缩并封装，通过闭包改变外观代码和内部代码的变量作用域，实现从外部读取函数内部变量，并让这些变量保存在内存中。
添加到模块工具箱：代码模块被按照类别分别添加到对应的子类中，等待APP或B/S架构服务软件调用。
5)编程魔盒与移动终端相连：编程魔盒内部集成可充后备电源、程序烧录适配器电路、WiFi服务模块、外部USB接口等硬件电路，与移动设备通过WiFi热点相连。
6)编程魔盒与NB-IOT标准模块相连：编程魔盒对外提供标准接口，可适配NB-IoT标准模块，实现模块的即插即用，并提供简单外围电路，将NB-IoT标准模块常用端口扩展出来，随时插上相关外设(如LED灯，温度、湿度、光感传感器，LCD显示屏等)进行在线测试与调试，同时，可在调试过程中同步显示NB-IOT标准模块SIM卡网络注册结果、与业务平台通信实时交互结果，实现故障实时在线排查与处理。
7)编程魔盒的网络并发控制：使用IO多路复用以及“多线程”和“多进程”，从而实现并发处理多个客户端请求的Socket服务端，即：每个客户端请求连接到服务器时，Socket服务端都会在服务器是创建一个“线程”或者“进程”专门负责处理当前客户端的所有请求。服务器内部会为每个 client创建一个“线程”，该线程用来和客户端进行交互。
8)集成可视化开发环境提供可视化、模块化、积木式、拖拽式+简单参数设置的开发方式。如附图3 和附图4所示：可视化开发环境由基于HTTP协议的B/S程序以及移动终端的APP代码共同实现。基于http协议的浏览器页面与脚本和APP客户端完成同样的功能，分别MCU编程进程完成后续的代码处理，头文件、库文件的添加以及最终的编译烧写工作。守护进程与Linux系统同时启动，实现编程魔盒LCD显示，按键功能与编程魔盒的主要逻辑功能。
9)集成可视化开发环境提供1对串口通信+1对模拟量通信+3对开关量控制、2对串口通信+3对开关量控制两种标准程序模板。其过程为：在用户使用可视化开发环境拖拽代码块的时候，JavaScript 代码会在后台维护一个CodingBlock的链表，当用户编辑完成后，执行上传操作，调用代码生成器。代码生成器首先遍历整个链表，根据使用到的CodingBlock添加配置函数和支持函数，接着以 Coding Block之间的嵌套关系逐个Block生成代码，完成后续处理后，通过Ajax技术将所生成代码传回服务器后端。由后端服务器脚本将接收到的代码发送给MCU编程进程，由该进程做最后的处理。MCU编程进程接收到代码后，将对所传回的代码进行分析，找出所使用的端口和硬件模块，综合分析后，添加相应的头文件和库文件，根据所选择MCU的种类和型号，调用相应编译器与烧写器，完成烧写，同时与服务器后端通信，将编译过程中的错误与其他信息由服务器后端发送回浏览器，便于开发者即时获得信息。
本发明的工作流程如附图1所示：用户通过WiFi热点将编程魔盒与手机/PAD等移动终端连接，在移动终端上打开集成可视化开发环境，通过拖拽编程模块完成用户需要的设计，在使用拖拽代码块的时候， JavaScript代码会在后台维护一个CodingBlock的链表，在操作完成后，代码生成器首先遍历整个链表，根据使用到的Coding Block添加配置函数和支持函数，接着以Coding Block之间的嵌套关系逐个Block 生成代码，然后通过Ajax技术将所生成代码传回服务器后端，由后端服务器脚本将接收到的代码发送给 MCU编程进程进行分析，并找出所使用的端口和硬件模块，添加相应的头文件和库文件，根据所选择MCU的种类和型号，调用相应编译器与烧写器，完成烧写。
本发明的有益效果为：
1、提供了一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，解决了目前NB-IOT终端软件开发门槛高且无基于移动终端开发环境的问题。
2、提供了NB-IoT标准模块通用程序开发调试器，该调试器可与移动终端例如手机连接，使NB-IOT 终端软件的开发更加方便快捷。
3、提供了NB-IoT的集成可视化开发环境，简化了开发NB-IOT终端软件的过程，为用户提供了更加清晰明了，简洁易用的编程环境。
附图说明
附图1为发明整体框架图。
附图2为BC-95模组与STM32单片机连接方式图。
附图3为可视化开发环境架构图。
附图4为基于http协议的B/S程序工作流程。
具体实施方式
以下实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应该指出的是，对于本专业领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
用户将NB-IOT标准模块与编程魔盒连接，通过WiFi热点将移动端与编程魔盒连接，在浏览器或者APP 里开始进行编程，对NB-IOT终端软件进行开发。
模型的选择：操作系统为嵌入式Linux操作系统，Linux系统板上需要安装无线网卡驱动 Linux-firmware，WIFI通信模块选用无线网卡AP6210；编程设备选用带网页浏览器和WIFI功能的智能手机；外部设备选用LCD屏。
各模块连接方法：智能手机通过WiFi与编程魔盒相连，NB-IOT标准模块通过标准接口与编程魔盒相连，LCD显示屏通过NB-IOT标准模块常用端口连接，打开智能手机网页端输入地址，进入到NB-IOT终端软件开发可视化环境页面中。
集成可视化开发环境界面设计：界面由工具箱(toolbox)与工作区域(workspace)构成。左侧是集成了硬件驱动模块的工具箱，包括基本块和流程块，以不同的颜色加以区分，右侧是编辑区，用户通过拖拽的方式将左侧工具箱中的图标移动到右侧编辑区进行程序编写。编辑区右上角有“上传”和“调试模式”按钮，用户通过点击“上传”按钮实现一键烧录，通过点击“调试模式”按钮选择是否需要开启调试模式。
系统工作流程：用户按照上述步骤连接好系统组件之后，在编程设备的网页浏览器上访问NB-IOT终端软件开发集成可视化环境页面或者通过软件开发APP进入环境，在编程区通过拖拽进行编程，程序编辑完成后点击拖拽式编程系统中的“上传”按钮进行程序烧录，烧录完成后，LCD屏会显示相应的调试信息，用户通过调试信息判断代码的正确性与可用性，最终烧录到NB-IOT标准模组，完成NB-IOT终端软件的开发。

Claims (8)

1.一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1)将移动设备与编程魔盒通过WiFi热点相连，NB-IOT标准模块与编程魔盒的标准接口连接，NB-IOT模块与外部设备连接。
2)从移动终端进入可视化开发环境，拖拽积木式代码块到工作区进行排列组合，JavaScript代码在后台维护一个Coding Block的链表。
3)上传代码，调用代码生成器，代码生成器首先遍历整个链表，根据使用到的CodingBlock添加配置函数和支持函数，接着以Coding Block之间的嵌套关系逐个Block生成代码，完成后续处理后，通过Ajax技术将所生成代码传回服务器后端。
4)后端服务器脚本将接收到的代码通过WiFi发送给编程魔盒中的MCU编程进程。
5)MCU编程进程接收到代码后，对所传回的代码进行分析，找出所使用的端口和硬件模块，综合分析后，添加相应的头文件和库文件。
6)根据所选择MCU的种类和型号，调用相应编译器与烧写器，完成烧写，同时与服务器后端通信，将编译过程中的错误与其他信息由服务器后端发送回浏览器，便于开发者即时获得信息。
7)STM32单片机与NB-IOT模块进行通信，借助NB-IOT模组与中国移动物联网管理中心(OneNet)连接，由STM8/32单片机解析、构造数据包，并通过各种通信总线和端口与各种外设或其它控制器进行连接，实现从外设到OneNet之间的数据透传。
2.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，其特征在于所述的NB-IOT标准模块是通过与STM8/32单片机连接后，通过STM8/32单片机来扩展外设连接，使外部设备能够直接连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，其特征在于所述的NB-IOT标准模块有可视化编程环境下常用端口开发标准函数库。
4.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，其特征在于所述的编程魔盒内部集成可充后备电源、程序烧录适配器电路、WIFI服务模块、外部USB接口等硬件电路，可通过WiFi热点与手机/PAD等移动终端连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，其特征在于所述的编程魔盒对外提供标准接口，可适配NB-IoT标准模块，实现模块的即插即用。
6.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，其特征在于所述的编程魔盒使用IO多路复用以及“多线程”和“多进程”来解决网络并发控制问题。
7.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，其特征在于所述的集成可视化开发环境提供可视化、模块化、积木式、拖拽式+简单参数设置的开发方式。
8.根据权利要求1所述的一种基于移动终端的可视化环境下NB-IOT终端软件开发方法，其特征在于所述的集成可视化开发环境提供1对串口通信+1对模拟量通信+3对开关量控制、2对串口通信+3对开关量控制两种标准程序模板。
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