物联网手持移动终端开发与应用(邵九洲)卓享科技思必拓

物联网手持移动终端开发与应用(邵九洲)卓享科技思必拓 北京邮电大学工程硕士论文 密级: 保密期限: 工程硕士研究生学位论文 题目:物联网手持移动设备开发与应用 学 号: 05G0708 姓 名: 邵九洲 专 业: 电子与通信工程 导 师: 陈德荣 学 院: 网络/继续教育学院 I 北京邮电大学工程硕士论文 二O一一年六月十日 独创性(或创新性)声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名: 日期: 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释:本学位论文属于保密在 年解密后适用本授权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名: 日期: 导师签名: 日期: II 北京邮电大学工程硕士论文 摘要 物联网(IOT)是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业又一次新的信息化浪潮，是将信息化技术的应用更加全面地为人类生活和生产服务的信息化大升级。物联网技术的应用已成为推动信息化发展和产业变革的重要力量，开发应用前景巨大。 本文首先介绍了物联网的概念、基本内涵和特征、物联网技术和基本应用;在此基础上，阐述了物联网手持移动设备的产品定义与设计方法，不同的应用环境与手持移动终端产品形态的对应关系，介绍了终端设备产品的市场定位与一般的服务模式;在产品技术开发层面，从软硬件角度讨论和研究了物联网手持移动设备使用的嵌入式系统及其电路设计，包括3G与Wi-Fi无线通信、一维码与二维码条码识别、高频与超高频射频识别、低功耗系统电源管理和GPS技术等;最后，结合实际物联网系统的设计与实施，给出了物联网手持移动终端应用与解决方案案例，说明了物联网移动手持终端的应用领域及典型的业务逻辑，为物联网移动数据节点的设计和应用提供参考。 关键词:物联网，无线传感器网络，手持移动设备，个人数字助理，射频识别。 注:“思必拓”为北京卓享智和科技有限公司(简称“卓享科 技”www.geofanci.com)注册商标，意为思索必先开拓，思必拓专注移动物联网。本文作者邵九洲为卓享科技创始人和执行董事。 III 北京邮电大学工程硕士论文 Abstract Internet of Things(IOT)is another wave of new information technology of the world information industry after the computer, Internet and mobile communication network. It is a large-scale update in applying information technology in the field of human life and production services. IOT technology has become an important force to make various industries more efficient and its according market prospects are huge. This paper firstly introduces the concept, basic characteristics, technology and application of IOT. Secondly, the product definition and design method of IOT hand-held mobile devices is analyzed, different types of products for different application fields. Then, the Embedded system and circuit design method of IOT hand-held mobile devices is studied, including 3G and Wi-Fi wireless communication, Code Identification of 1D and 2D barcode, HF and UHF RFID and GPS technology. Finally, take practical IOT systems for example; the paper studies the application and solutions of IOT hand-held mobile devices. This paper aims to provide reference for the design and application of mobile data nodes of IOT. Key words: Internet of Things, Wireless Sensor Networks, Handheld mobile devices, Personal Digital Assistant, Radio Frequency Identification. IV 北京邮电大学工程硕士论文 目录 摘要 ................................................................ III 目录 .................................................................. V 第一章 绪论 ........................................................ 1 1.1 物联网概述 .............................................. 1 1.2 基本内涵和基本特征 ...................................... 2 1.3 物联网的应用 ............................................ 3 1.4 物联网技术 .............................................. 5 1.5 本文的结构和安排 ........................................ 6 第二章 物联网手持移动设备的产品定义与设计 .......................... 7 2.1 提供标准化的行业终端 ................................... 7 2.1.1 二维码移动识读产品MT06 ............................. 8 2.1.2 便携平板Smartbook系列 .............................. 9 2.1.3 桌面媒体产品MID70 ................................. 10 2.2 为专有需求客户提供定制服务 ........................... 12 2.2.1 专柜进销存终端、柜台会员媒体终端 ................... 12 2.2.2 多功能警务通终端 ................................... 13 第三章 物联网手持移动设备嵌入式系统及电路设计 ..................... 14 3.1 软硬件平台介绍 ......................................... 15 3.1.1 Marvell PXA310处理器介绍 ........................... 15 3.1.2 多功能移动数据终端MT02硬件系统介绍 ............... 15 3.1.3 Marvell最新通讯应用处理器PXA910介绍 ............... 16 3.2 手持移动设备关键技术与电路设计 ......................... 17 3.2.1 Ev-Do无线数据通信 .................................. 17 3.2.2 条码识读引擎 ....................................... 17 3.2.3 射频识别模组 ....................................... 20 3.2.4 GPS定位技术........................................ 21 3.2.5 电源管理与动态主频控制 ............................. 21 3.3 手持移动设备特性总结 ................................... 22 3.4 手持移动设备规格和编号 ................................. 23 第四章 物联网手持移动终端应用与解决方案 ........................... 25 4.1 **酒店现场移动作业管理系统 ............................. 25 4.1.1 项目背景 ........................................... 25 4.1.2 功能需求描述 ....................................... 26 4.1.3 网络传输与流量 ..................................... 27 4.1.4 网络架构图 ......................................... 28 4.1.5 系统架构图 ......................................... 28 4.2 快消品行业销售管家 ..................................... 28 4.2.1 项目简介 ........................................... 28 4.2.2 管理系统 ........................................... 30 V 北京邮电大学工程硕士论文 4.3 GPS铁路巡检系统 ....................................... 31 4.3.1 项目简介 ........................................... 31 4.3.2 体系结构 ........................................... 31 4.3.3 技术路线 ........................................... 31 4.3.4 可视化管理 ......................................... 31 4.4 中国移动亲情通位置服务 ............... 错误～未定义书签。47 4.4.1 LBS在个人家庭中的应用............ 错误～未定义书签。47 4.4.2 老年人操作平台窗口 ............... 错误～未定义书签。48 4.4.3 儿童操作平台窗口 ................. 错误～未定义书签。49 4.4.4 宠物宝平台界面 ................... 错误～未定义书签。50 4.4.5 系统总体架构和平台设计 ........... 错误～未定义书签。51 4.4.6 定位功能演示 ..................... 错误～未定义书签。52 第五章 结束语 ..................................................... 32 参考文献 ............................................................. 33 致谢 ................................................................. 36 VI 北京邮电大学工程硕士论文 第一章 绪论 1.1 物联网概述 物联网(The Internet of things)是新一代信息技术的重要组成部分。它是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通 [1]-[5]信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 图1-1物联网示意 “物联网”起源于射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)对客观物体进行标识并利用网络进行数据交换这一概念，并不断扩充、延展、完善而逐步形成。中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心主任刘海涛认为，物联网和传感网是从不同角度对同一概念的描述，从技术角度叫传感网，从用户和产业角度又叫物联网。物物互联的精髓是感知，感知包括传感器的信号采集、协同处理、智能组网、甚至信息服务，以达到控制、指挥的目的。所谓“泛在网”，也就是无所不在的网络社会，包括现在和未来的所有的网络互联、互通和共融。“智慧地球”的核心，就是“更透彻的感知、更全面的互联互通和更深入的智能化”。“泛在网”和“智慧地球”的核心内容是物联网[6]-[9]。 2010年3月9日，我国物联网标准联合工作组筹备会议在北京召开。中国物联网标准联合工作组由工信部电子标签标准工作组、资源共享协同服务标准工作组，以及全国信息技术标准化技术委员会传感器网络标准工作组、 [10][11]全国工业过程测量和控制标准化技术委员会共同倡导并发起。联合工作组将整合国内物联网相关标准化资源，联合产业各方共同开展物联网技术的研究，推进物联网标准化工作，加快制定符合我国发展需求的物联网技术标准，为政府部门的物联网产业发展决策提供全面的技术和标准化服务支撑;紧紧围绕物联网发展需求，统筹规划，整合资源，坚持自主创新与开放兼容相结合的标准战略，加快推进物联网国家标准体系的建设和相关国家标准的 [11]制定，同时积极参与相关国际标准的制定，以掌握发展的主动权。 1 北京邮电大学工程硕士论文 如今，物联网被看作是推动信息领域的一次重大发展和变革机遇，世界先进国家都对物联网技术发展高度重视，可以说物联网的广泛应用是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息革命。物联网被视为互联网的应用拓展，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展 [12]的灵魂。 1.2 基本内涵和基本特征 物联网就是“物物相连的互联网”，第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络;第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。 图1-2物联网-“物物相连的互联网” 物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别(RFID)技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合而形成的一个巨 [13]大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。 [27][28]和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征: 首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。 其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。 同时，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、 2 北京邮电大学工程硕士论文 模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。 这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围: 1、要有相应信息的接收器; 2、要有数据传输通路; 3、要有一定的存储功能; 4、要有CPU; 5、要有操作系统; 6、要有专门的应用程序; 7、要有数据发送器; 8、遵循物联网的通信协议; 9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。 1.3 物联网的应用 目前，物联网最初的研发方向主要是条形码、RFID 等技术在商业零售、物流领域应用，而随着 RFID、传感器技术、近程通信以及计算技术等的发展，近年来其研发、应用开始拓展到环境监测、生物医疗、智能基础设施等 [14]-[23]领域。 就目前而言，物联网的许多相关技术仍在开发测试阶段，距离不同系统之间融合、物与物之间的普遍链接的远期目标还存在一定差距。目前，物联网的应用主要有智能交通中的电子车牌及电子不停车收费系统 [29]-[35](ETC)、智能电网、智能医疗的医疗监护、智慧城市、环境保护等方面。 电子车牌作为物联网在智能交通中的应用，它是一种新兴无线射频自动识别技术，具有高速识别、防拆、防磁、加密、储存等特点，公安交通管理部门应用该技术，能精确、全面地获取交通信息，规范车辆使用和驾驶行为，抑制车辆乱占道、乱变道、超速等违法违规行为，并能有效打击肇事逃逸、克隆、涉案等违法车辆智能电网在发电环节上对常规机组、水库、新能源风电机组等布置传感监测点;在输电环节上对雷电、线路气象环境、线路覆冰、线路在线增容、导地线微风振动、导线温度、输电线路风偏、输电线路图像 3 北京邮电大学工程硕士论文 与视频、杆塔倾斜在线监测与预警等方面充分利用传感技术。 配电环节上对配电设备状态监测、配电网现场作业管理，以及智能巡检也充分利用各类传感和识别技术。 图1-3实时城市管理与整合的公共服务 在智能医疗的医疗监护应用中，医疗监护人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体，达到实时监测、智能分析、自动预警。在智慧城市的、平安城市建设的应用中，利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏感性智能分析并与 110、119、112 等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。 图1-4整合的医疗平台 电子健康档案系统通过可靠的门户网站集中进行病历整合和共享，这样各种治疗活动就可以不受医院行政界限而形成一种整合的视角。有了电子健康档案系统，医院可以准确顺畅地将患者转到其他门诊或其他医院，患者可随时了解自己的病情，医生可以通过参考患者完整的病史为其做出准确的诊断和治疗。 环境保护应用中，使用无线传感技术应用于生态环境监测、生物种群研究、气象和地理研究、洪水、火灾检测。 如跟踪珍稀鸟类、动物和昆虫栖息，分区域监测水位及相关水资源与污染信息，铺设大量节点随时监控林区内部火险情况，生活环境-水质、大气、电磁辐射、噪声、降水、土壤、地质灾害检测等。 电力电网，减少停电现象。智能电网中通过安装先进分析与优化引擎，电力提供商可以突破“传统”网络的瓶颈，而直接转向能够主动管理电力故障的“智能”电网。对电力故障的管理计划不仅考虑到了电网中复杂的拓扑结构和资源限制，还能够识别同类型发电设备，这样，电力提供商就可以有效地安排停电检测维修任务的优先顺序。如此一来，停电时间和频率可减少约 30%，停电导致的收入损失也相应减少，而电网的可靠性以及客户的满意度都得到了提升。 4 北京邮电大学工程硕士论文 图1-5减少停电现象 在智慧的电力设施的支持下，智能电表可以重新定义电力提供商和客户的关系。通过安装内容丰富且读取方便的设备，用户可了解任何时刻的电力费用，并且用户还可以随时获取一天中任意时刻的用电价格(查看前后的记录)，这样电力提供商就为用户提供了很大的灵活性，用户可以根据了解到的信息改变其用电模式。智能电表不仅可以测量用电量，它还是电网上的传感器，可以协助检测波动和停电。它还能储存和关联信息，支持电力提供商完成远程开启或关闭服务，也能远程支持使用后支付或提前支付等付费方式的转换。总而言之，智能电表可大幅度减小系统的峰值负荷，转换电力操作模式，也能重新定义客户体验。 图1-6智能电表系统 1.4 物联网技术 物联网是未来互联网的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和可互 [24]操作的通信协议。且具有自配置能力的，动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性。使用智能接口实现与信息网络的无缝整合。本章主要讨论物联网的体系架构、关键技术和技术应 [49]-[54]用模式。 从技术架构上来看，物联网可分为三层:感知层、网络层和应用层。 感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。 网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。 应用层是物联网和用户(包括人、组织和其他系统)的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。 5 北京邮电大学工程硕士论文 物联网的行业特性主要体现在其应用领域内，目前绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物联网应用的尝试，某些行业已经积累一些成功的案例。 1.5 本文的结构和安排 本文首先介绍了物联网的概念、基本内涵和特征、物联网技术和基本应用;在此基础上，阐述了物联网手持移动设备的产品定义与设计方法，并研究了物联网手持移动设备嵌入式系统及电路设计技术，包括3G无线通信、条码识别、射频识别和GPS技术等;最后，结合实际物联网系统案例，给出了物联网手持移动终端应用与解决方案，为物联网数据节点的设计和应用提供参考。全文共分五章: 第1章:绪论。简述了物联网的基本内涵、特征、物联网技术和应用。 第2章:物联网手持移动设备的产品定义与设计。阐述了物联网标准化行业终端和为专有需求客户提供的定制服务。 第3章:物联网手持移动设备嵌入式系统及电路设计。首先介绍了物联网设备的软硬件平台，然后结合物联网设备的应用案例，研究了手持移动设备的关键技术与电路设计。 第4章:物联网手持移动终端应用与解决方案。以**酒店现场移动作业管理系统、快消品行业销售管家、GPS铁路巡检系统和中国移动亲情通位置服务等为例研究了物联网手持移动设备系统设计与开发技术，为物联网的数据节点的设计和应用提供参考。 第5章:结束语。对全文的工作进行了总结，进一步指出了还有待深入和完善的内容。 6 北京邮电大学工程硕士论文 第二章 物联网手持移动设备的产品定义与设计 在移动数据采集领域，数据来源类型多样，与服务器的交互信息量不断增大，对移动终端的数据读取功能以及屏幕尺寸也提出新的要求。移动使用的物联网设备主要致力于商业、工业使用的无线智能终端的研发和制造，并为客户提供整体移动计算解决方案。通过物联网设备的产品和服务，为客户实现了便捷的数据采集和高效的运算处理及传输。 物联网设备开发者使用开放平台，包括Windows Mobile、WinCE、Android;在功能模块及电路方面提供定制、客制化服务，为客户的业务逻辑的实施提供最佳载体。现有标准产品有一维、二维条码终端，RFID Reader终端，GIS终端以及行业平板电脑等。 Mobile Computing是3G高带宽条件下的新亮点，各行业均能受益于移动互联互通。因此物联网设备开发人员关注的领域包括智能库管、分布式进销存、桌面媒体、移动人员管理、智能交通等，在移动公众网及局域Zigbee的连接方式下架设RFID、条码识读、传感器等数据节点，让智能物联更多地为客户所应用。 图2-1物联网手持移动设备 “卓享科技‖ MT02系列 2.1 提供标准化的行业终端 经过几年移动数据产品研发的实践，我们渐渐总结出了这类产品市场层面的呈现方式，型号标准化与长期供货是一个重点。 行业应用的智能设备种类很多，从功能模块来看，如一维条形、二维码识读终端，RFID标签读卡设备，高精度差分GPS/GIS终端，信息登入及数据处理的平板电脑等。不同应用领域使用到的功能很不相同，我们提供针对很多细分行业的标准化的硬件产品来满足不同领域客户的需求，针对每一个型号做一定数量的常备库存，以满足客户样机需求与小批量提货。系统方案开发者使用我们的标准型号产品，可以最短的时间完成选型、以最快的速度实现 7 北京邮电大学工程硕士论文 应用程序与终端的适配。这种模式就可以为物联网的移动数据应用的产业链提供很好的载体，降低客户与我们合作的门槛与成本，使上下游都能受益。 2.1.1 二维码移动识读产品MT06 二维码与条形码相比较优势明显，但二维码的移动识读终端一直价格不菲，很难让相关行业进行大面积的使用，“卓享科技”在二维码应用领域进行了广泛的市场调查，联合国内主要二维码识读引擎软件商，如“卓望信息”、“银河传媒”、“亿美软通”、“意锐新创”、“信码互通”，共同进行产品策划以及图像识别引擎适配，推出了成本较低的MT06二维码识读产品，目前已广泛用于电子凭证识读领域与产品、物资溯源项目。 其中比较典型的案例列举如下: 中国科技馆数字科技馆的一项内容就是网上售票，而参观人员所取得的电子门票则为字符形式的二维码短信，工作人员使用MT06进行查验票，将二维码对应的序列号读取后，实时与后台服务器进行校验，来判断电子凭证真伪、是否过期。 中国移动的用户可将话费积分兑换为电影票、优惠券等，相应的合作商家可供服务或产品，一方面移动用户的积分得到消减，另一方面合作商家也获得了更多的客流与收入。因此这种合作还有广告的作用，吸引人流去商家消费，实际上很多大企业如信用卡公司、航空公司，都有这样的会员积分消减的需求，而高品质的连锁商户也可以得到大量的顾客的光临，二维码的电子凭证就是这个机制运转的核心。目前万达影院、哈根达斯、星巴克、驴妈妈合作景点都已经在使用MT06产品。 不同的使用环境与操作业务逻辑使MT06的设计需要考虑很多因素，这款产品从创意到最终量产定型经过了8个月时间，可以从下列的图片示意看到其设计过程中的演进。 图2-2物联网手持移动设备 “卓享科技‖MT06 创意手绘图 图2-3物联网手持移动设备 “卓享科技‖MT06 平面效果图 图2-4物联网手持移动设备 “卓享科技‖MT06 3D结构图 8 北京邮电大学工程硕士论文 图2-5物联网手持移动设备 “卓享科技‖MT06 快速成型手板 图2-6物联网手持移动设备 “卓享科技‖MT06 工程样机 图2-7物联网手持移动设备 “卓享科技‖MT06 定型量产产品 2011年我们又在MT06增加13.56MHz的RFID读写功能，虽然紧凑的结构设计使天线空间与金属环境较为苛刻，经过细致的天线设计与匹配还是达到近距离稳定读写卡的要求，目前MT06是市场上极具成本优势的Windows Moible操作系统的HF RFID的手持终端。 2.1.2 便携平板Smartbook系列 移动数据采集领域，数据来源类型多样，与服务器的交互信息量不断增大，对移动终端的数据读取功能以及屏幕尺寸提出新的要求。SmarkBookIII为卓享科技第三代便携型平板产品，强化了GPS性能与长时间连续工作特性，工业化的结构设计使它坚固耐用。 Smartrbook系列产品从2009的第一代到目前2011年的第三代，经过了不断的软硬件优化和性能的提升。电池容量从1900mAh、2400mAh改进到4000mAh，DDR从128M Byte、256M Byte改进到512M Byte;操作系统由Windows Mobile 6.1到WinCE6.0和Windows Mobile 6.5，目前也可以支持Android2.3(运行在Marvell PXA910/920芯片组平台上)。 9 北京邮电大学工程硕士论文 图2-8物联网手持移动设备 “卓享科技‖ SMARTBOOK 平面效果图 图2-9物联网手持移动设备 “卓享科技‖SMARTBOOK ID手板与无线键盘 图2-11物联网手持移动设备 5寸屏系列产品 系统由Mobile升级为Android 增强型的SmartbookIII以其高灵敏度GPS与大容量电池的性能特点，目前已用于某军区光缆巡检项目，国家电网智能终端项目等，卡塔尔国家统计局普查终端项目等。增强型终端如下图所示。 图2-12物联网手持移动设备 卓享科技 增强版的SMARTBOOKIII 为了满足部分客户条码、RFID的需求，增强型的设备在结构上设计了可选装模块，只需简单的拧螺钉的动作，就可以将选装模块安装上，这种灵活型号配置，让我们的代理商和软件集成商的库存成本得到了明显的降低。 图2-13物联网手持移动设备 增加条码与RFID的SAMRTBOOKIII-F 在SmartbookIII的基础上，我们已经在着手增加UHF频段RFID的产品，将命名为SmartbookIII3-EPC，为了提高其灵敏度和优化天线所处的金属环境，900MHz RFID模块与大尺寸陶瓷天线会设计在一个活动的面上，与本体通过转轴连接，在进行EPC标签扫码时将这个平面翻开，使这个面垂直于设备，以实现最佳场型。 图2-14物联网手持移动设备 SMARTBOOKIII-EPC(900MHz RFID)结构图 2.1.3 桌面媒体产品MID70 随着终端产品屏幕尺寸的加大，能够展示的内容也越来越丰富，除了满足个人消费者信息的需求外，行业平板也逐渐出现在医疗、餐饮、证券、金融 10 北京邮电大学工程硕士论文 支付、彩票等领域，不同于消费电子级别Pad，作为物联网呈现与交互节点的工业/商业平板更加注重可靠性、业务使用配套性。 MID70产品从2010年春天开始项目定义与设计，使用7寸WVGA屏幕，自带3G数据连接功能，增加433MHz近距离通信，并可从底座扩展出RFID读卡器、银联POS刷卡、人体感应雷达等外设。相比个人消费者使用的平板，虽然它在屏幕分辨率等参数上并不突出，但与物联网具体应用的业务逻辑紧密结合，却是常规产品不可比的。比如，433MHz的近距离通信，使防盗与功能扩展变得很简单，比如，考虑到大部分餐厅餐桌下没有电源插口又要满足14个小时的连续工作，所以在底座中配备了9000mAh的充电用电芯。 2011年台北工业计算机展会上，这款产品以贴近行业的设计和稳定的性能，得到了众多国际客户的认可，目前日本已有大型的寿司连锁店将其批量用于顾客点餐服务。而国内的应用更为广泛，除了用于顾客点餐外，还用于移动彩票销售、广告媒体播放、会员身份管理等领域。 MID70产品的一些示意图片请见下图。 图2-15物联网手持移动设备 “卓享科技‖产品 MID70 平面效果图 图2-16物联网手持移动设备 “卓享科技‖产品 MID70 ID手板 图2-17物联网手持移动设备 “卓享科技‖产品 MID70实物及底座 图2-18物联网手持移动设备 “卓享科技‖产品 MID70 底座 11 北京邮电大学工程硕士论文 2.2 为专有需求客户提供定制服务 虽然物联网移动终端的大部分功能都是相近的，条码、RFID、传感器、GPS等常规功能可以定义为大部分产品的基本配置，但一些大企业客户在面对特别的应用场景、非常规的性能指标、并且终端用量较大的情况下，提出了专属产品的定制要求，所以我们在提供标准型号产品外，还需要提供操作系统剪裁、功能模块增减、甚至设计全新电路的服务。对于这种业务模式，我们的理念是，根据客户的具体需求，在应用最合理、成本最合理、使用体验最佳的基础上，为客户搭建物联网移动终端的最佳载体。 2.2.1 专柜进销存终端、柜台会员媒体终端 国内最大的百货、超市、零售业ERP公司希望我们提供一款大屏幕的POS产品，要求使用此终端作为数据采集、通讯的节点，放置于客户柜台、货架或门店等处，并需要突出该公司的服务品牌，同时需要能够识读USB密码器，以便专柜工作人员的身份识别。 我们为其提供的基本参数为: , 处理器 Marvell ARM11 806MHz , 存储:ROM256MB DDR 128MB , 扩展内存(微硬盘):ScanDisk的iNand，可选配，容量为2G~32Gbyte , 无线广域网:四频850/900/1800/1900、EDGE、HSDPA 3.6Mbps , 无线局域网:WiFi 802.11b/g/n , 屏幕:RGB接口10.1寸TFT LCD，分辨率 1024*600 或 1280*800 , 电池:4000mAh或以上 , 识读头:Symbol955 , 按键数量:独立键盘，30个以上 , USB Host 同时从外观创意阶段开始就不断与客户讨论使用细节，并将这些细节反馈到设计中。 下列是第一个设计阶段的图片。 12 北京邮电大学工程硕士论文 图2-19 10寸屏产品 设计阶段图纸 图2-20 10寸屏产品 3D渲染后立体效果图 图2-21 10寸屏产品 使用环境模拟示意 在与客户进一步反复沟通讨论后，我们又为其增加了外置的3G天线与WiFi天线，以便客户的专柜无论在什么网络环境下，都能尽量保证数据畅通，同时可考虑到柜台表面光滑容易导致平板滑落，所以加上了四个防滑垫。如图示: 图2-22 10寸屏产品 外置的3G天线与WiFi天线 2.2.2 多功能警务通终端 随着各行业信息化的不断深入与物联网实践的不断创新，军警领域也在不断提高信息化手段，警务通是近几年移动终端应用的一个新亮点。其主要功 13 北京邮电大学工程硕士论文 能是，信息核查(包括身份查询、车辆查询、案件查询等)，情报采集(治安情报线索采集、苗头信息采集、警务日志登记)，动态管控，应急联动(紧急求助、上下岗签到、实时视频传输)等。 其中交警使用的终端功能要求较为全面，如下表所示。 表2-1 交通警察专用终端 IC卡读卡器 支持IC卡读写，采用接触式IC卡设计，IC卡设计符合中国人民银行要求。 磁条卡读写 支持双向1、2、3轨道刷卡 打印介质为通用58毫米热敏打印纸，打印纸卷直径大于30毫米，打印速度一体打印机 应满足现场使用需要 。 银联认证无线可使用符合中国人民银行银联标准的所有磁条卡。 POS 而民警、刑警的要求相对偏向信息查询与采集。 表2-2 第二代身份证采集与识别功能 a 身份信息采集比对查询: 系统自动识别二代居民身份证真伪,自动获取身份证包含照片在内的全部 信息并即时显示;支持相关人员信息与业务信息库核查比对。 (手机本地保存一定数量身份证信息，用于本地对比，也支持远程对比) b 支持移动业务办理: 可以支持移动环境的人员信息远程稽核、指纹与身份信息远程比对查询等 应用功能。 指纹采集与识别功能 a 指纹信息比对与身份确认查询: 根据采集的指纹信息与本机存储的业务信息库进行比对甄别,若有查到,即 时显示相应的身份信息。 b 支持移动业务办理: 可以支持移动环境的人员信息远程稽核、指纹信息采集、指纹与身份信息 远程比对查询等应用功能。 第三章 物联网手持移动设备嵌入式系统及电路设计 物联网核心技术包括射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、Internet 与移动网络，行业应用软件。在这些技术或应用中，又以底层嵌入式设备的系统平台开发最为关键，一套软硬件平台的生命周期至少为七年到十 14 北京邮电大学工程硕士论文 年。作为一个产品开发生产的实体，我们非常重视这方面上游资源的选择，并且制定清晰的研发主线，有了长期策略的基调，具体的产品开发与采购生产工作才能有效进行。 3.1 软硬件平台介绍 美满公司(Marvell)是全球通信与应用处理器领域长期领先供应商，在2006年Marvell以6亿美元收购Intel通信与应用处理器业务，Xscale系列芯片产品是其长期推广的核心产品。我们的技术团队从6年前开始使用Intel公司的PXA270芯片，到后来的Marvell公司的PXA300/PXA310，到现在最新型号的PXA910/PXA920/PXA955，一直都专注于低功耗移动处理器的软硬件系统研发。 3.1.1 Marvell PXA310处理器介绍 PXA310芯片别名Monahans，是一个基于Intel XScale微结构、在其前身PXA27X家族基础上、融入了移动技术最新成果的应用处理器。它分为Monahans L/LV处理器集成了Wireless MMX2，使用通用指令集实现高性能低功耗的多媒体加速。 它支持7-8 stage pipeline、32Kbytes instruction cache、32Kbytes data cache、Extensive data buffering、265Kbytes of internal SRAM，并且有非常丰富的外设，如AC97音频接口、USB2.0 client、两路USB1.1 Host、三路高速串口。最高主频624MHz与806MHz可选等。 其结构框图见下。 图3-1 应用处理器 结构框图 3.1.2 多功能移动数据终端MT02硬件系统介绍 MT02V系列(MT02V Series Wireless HandheId Barcode RFID)是一款配备高性能处理器、Ev-Do无线数据通信、GPS、强光下可阅读半透屏幕的三防 15 北京邮电大学工程硕士论文 PDA。MT02V可以搭载不同功能模块，包括条形码识读器、RFID识读器。配置了蓝牙及Wi-Fi，它可与其他设备和网络方便接驳。它的应用领域很广，包括移动数据采集、库房管理、运输和物流管理、以GIS为基础的应用、电子凭证等等。 图3-2 MT02V系列手持移动设备 MT02V系列采用Marvell公司PXA310处理器，主频为624MHz，内存使用256Mbyte Nandflash及128Mbyte LPDDR，通过动态主频管理实现高性能与低功耗的结合，并且充分发挥此芯片方案的扩展性，在有限的主板空间与结构尺寸限制下，集成尽量多类型的外设，并为将来的应用预留好了扩展接口。该设备的系统原理框图如下所示: 图3-3 系统原理框图 3.1.3 Marvell最新通讯应用处理器PXA910介绍 Marvell? Pantheon? 910 与 920 通讯平台是高度整合的先进 3G 平台，适用于多媒体为主的手持装置。Pantheon 910 与 920 平台解决方案将 Marvell 移动应用处理器的高效能与 Marvell 广获认可的成熟 3.5G 技术整合为一，提供低成本的 Linux?、Android? 和 Windows Mobile? 手持式装置平台。针对新一代的移动服务，提供包括 Marvell 高效能低耗电应用处理器技术、「分时同步分码多工存取」(TD-SCDMA)/「高速上下行封装存取」(HSxPA)/「GSM 环境增强资料」 (EDGE) 通讯支援的各种种功能组合，为影像、HD视频、音乐、游戏和其他热门手持式装置应用带来突破性的使用者体验。结合Marvell的3G技术、顺畅的无线连接能力、应用处理及适用于新 16 北京邮电大学工程硕士论文 一代移动服务，它将成为下一代低成本手持数据终端的主力芯片。 PXA910/PXA920平台应用示意图如下所示: -4 系统原理框图 图3 3.2 手持移动设备关键技术与电路设计 手持移动设备的关键技术包括:Ev-Do无线数据通信技术、条码识别技术、射频识别技术和GPS定位技术等，下面分别阐述。 3.2.1 Ev-Do无线数据通信 CDMA2000 EV-DO标准最早起源于Qualcomm公司的HDR技术，早在1997年的时候Qualcomm就向CDG提出了HDR(高速数据)的概念，此后经过不断地完善和实验在2000年3月份以CDMA2000 1x EV-DO的名称向3GPP2提交了正式的技术方案。 EV的意思是 'Evolution'，也表示标准的发展，DO的意思为Data Only(后来有为了能够更好地表达此技术的含义，把Data Only改为Data Optimized,表示EV-DO技术是对CDM A2000 1X网络在提供数据业务方面的一个有效的增强手段)。 本设备使用Qualcomm公司EvDo/CDMA 1X制式的单芯片，芯片型号为QSC6085，频段使用800MHz，下行速率达3.1Mbps。射频前端部分电路见下图: 图3-5 射频前端原理图 考虑到处理器与EvDo基带芯片之间通讯速率较高，串口或SPI方式不能满足数据的吞吐量，所以使用了双端口RAM。相应电路见下图: 图3-6 处理器与基带芯片间双端口RAM原理图 3.2.2 条码识读引擎 条形码技术近几十年来发展迅速,在国际上得到广泛的应用，目前已经是一个成熟行业，格局稳定。与一维条形码一般是对物品的标识不同的是，二 17 北京邮电大学工程硕士论文 维条型码因为其承载的信息量大，可以存储对物品具体描述等大量信息。一维条码由于太依赖于计算机网络和后台数据库,在网络资源受到限制或者不便于建立数据库的应用环境下,一维条码很难派上用场。二维条码技术是在一维条码无法满足实际应用需求的前提下产生的。对物品的标识，就是给某物品分配一个代码，代码以条的形式标识在物品上，用来标识该物品以便自动扫描设备的识读，代码或一维条码本身不表示该产品的描述性信息。 图3-7 条码技术 (a)一维条码 (b)二维条码 本设备可以选配不同的识读头，被选包括一维条码识读器采用Symbol公司SE955以及新大陆公司EM1300，而二维条码识读器采用Honeywell公司的IT5100和新大陆公司的EM3000。Symbol SE955为激光识读头，在强光或阳光下识读效果较好，同时对读取的角度要求不苛刻，相应的读码成功率更高。新大陆的EM1300则为图像成像式识读头，其成本较低，使用寿命长，对残码污码还原性好，也是很好的选择。霍尼韦尔的IT5100为一维码和二维码二合一式识读头，比较昂贵，但其单独识别一维码的效果不如SE955和EM1300，而识别二维码的效率与二维码的码制与信息量大小关系密切。IT5100是半软半硬的架构，即扫描头负责采集原始图像数据，数据送入处理器后，再由应用程序调用霍尼韦尔提供的解码库实现完整读取，而软件解码的效率和全硬件的方式相比有明显时延。不过霍尼韦尔全硬的型号IT5180就更昂贵了，所以本设备没有预留IT5180的结构空间。 下面对比了一维码和二维码的一些特点: 表3-1 条码特点 条垂直方向对数据库和信息密度错误校验及码是否携带用途 通讯网络的识读设备 与信息容纠错能力 类信息 依赖 量 型 信息密度可通过校验不携带信对物多数应用场可用线扫描器识读，一 18 北京邮电大学工程硕士论文 低，信息容字符进行错息 品的合依赖数据如光笔、线阵CCD、维 量较小 误校验，没有标识 库及通讯网激光枪等 条 错纠能力 络 码 行排式二维条码可具有错误校可不依赖数二信息密度对物用线扫描器的多次验和纠错能据库及通讯维高，信息容携带信息 品的扫描识读;对于矩阵力，可设置网络而单独条量大 描述 式二维条码仅能用不同的纠错应用 码 图像扫描器识读 级别。 福建新大陆是国内物联网领域的领军公司之一，也是我们重要的合作伙伴，其参数直接关系到手持终端读码性能。其EM1300识读头与EM3000识读头外观如下: 图3-8条码识读器接口-串口扩展 EM1300是一款嵌入式一维条码识读引擎，采用了CCD影像技术以及国际领先水平的新大陆 TM智能图像识别系统。EM1300可以轻松读取纸张、商品等介质上的条码，识读性能强大。它可以方便的嵌入各种OEM产品(包括手持式，便携式及固定式条码采集器)等。主要特点:体积纤小，可方便地嵌入其它设备中应用，可轻松识读市场上所有主流一维码，集成了高性能处理器和解码板，拥有快速解码和高精度识读的能力，易于进行功能配置和固件更新。主要支持的码制是，Code128, EAN-13, EAN-8, Code39, UPC-A, UPC-E, Codabar, Interleaved 2 of 5, ISBN/ISSN, Code 93。 EM3000紧密的结构，易于集成的设计，使图像采集器和解码器集成于一块板上。该识读引擎包含光学系统、光电耦合系统、图形数字化、编解码、图形处理、嵌入式系统等一系列综合性技术。可识读全部国际标准一维条码和主流二维码(QR Code，DataMatrix，PDF417, Aztec，Maxicode，汉信码、龙贝码等)，识读性能达到国际先进水平。该识读系统，采用先进的智能光学对焦系统，可智能感应外部环境，自动调整光感适应性，保证快速读码。 19 北京邮电大学工程硕士论文 新大陆与Symbol均使用串口作为接口，因为系统自带串口数量有限，所以需要使用串口扩展芯片。串口扩展芯片的选型也很重要，通过I2C或SPI与串口扩展芯片相接，在串口数据率较高时很容易产生丢数据的现象，但不同厂家串口扩展芯片防丢包的能力不尽相同，经过小批量实际测试，最终选用了NXP的SC16IS752，用I2C连接扩出两个串口。这部分原理如下所示: 霍尼韦尔IT5100为半软半硬识读头，即动态视频流由该识读头采集，然后送入处理器，处理器使用读头厂家提供的解码库进行软解码, 实际上可以把该识读头看作一个摄像头来处理，原理如下图: 图3-10二维码识读器接口 3.2.3 射频识别模组 射频识别模块是物联网设备中最常用的功能之一，它利用射频信号通过空 [36]-[38]间电磁耦合实现无接触的信息传递。在物联网中，RFID标签中存储着符合规范而具有互动性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现对物品的识别，进而通过开发性的计算机网络实现信息交 [39]-[47]换和共享实现物品的“透明”管理。RFID本身按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，相对应的代表性频率分别为:低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M-960MHz、微波2.4G-5.8G。目前，实际RFID应用以低频和高频产品为主，但超高频标签因其具有可识别距离远和成本低的优势，未来将有望逐渐成为主流。 在手持移动终端MT02上，我们最早所使用的内置模块是台湾集佳(GiGa)的13.56MHz频段的RF30模块，它支持MIFARE?读/写，因为体积小可以快速集成到便携式、固定式或付款系统等系统中，并且典型的阅读范围高达五厘米，当然这还取决于天线和匹配。串行的TTL接口可以直接连接到微处理器或转换为RS232串行接口设备。ActiveX控件可以使用任何终端程序(VB中，用VC ++ ...等)，而无需编写单行的通信代码。 在使用RF30进行供货后，我们发现该模块读卡的一致性不是很好，比如有的公交卡因为天线谐振频点偏离中心，会产生不识卡或者读卡过程中报错的问题，为了减少客户出现异常读卡的几率，我们决定使用芯片搭建HF读 20 北京邮电大学工程硕士论文 卡环境。NXP芯片方案RC523支持14443A/B、Mifare One类型卡片，并被大量使用在各种形态的13.56MHz产品中，我们选用的也正是这款芯片。 调试过程中，我们碰到了电感Q值偏低影响读卡距离的问题，通过更换大尺寸绕线电感，最终读卡距离可以达到使用要求，酒店自动化与CA管理的客户十分满意。 图3-11 RFID电路 3.2.4 GPS定位技术 本系统采用瑞士UBLOX第五代GPS芯片，使用Rakon公司TCXO，经测试该设备GPS冷启动可在45秒以内，达到行业使用要求。相应原理图如下: 图3-12 GPS芯片方案原理图 当使用者处于室内或其他不能直接接收到卫星型号的地方，则系统会自动切换至Qualcomm的GPSone(仅限于EvDO制式/电信网络)。采用了GPSONE技术的移动终端，可以从基站子系统中收集和测量数据，在这些数据基础上生成精确的三维定位。在GPS卫星信号以及无线网络信号都无法独立完成定位的情况下，GPSONE系统可以组合不同信息源，只要有一颗卫星和一个小区站点就可以完成定位，解决了传统方案无法解决的问题。 3.2.5 电源管理与动态主频控制 电源是便携移动终端的重要组成部分，因为设备是待机使用，只能休眠不能关机，所以各种状态下的电流尤其是休眠电流需要严格控制。作为电源管理核心的数据电源芯片非常重要，我们选用的是国半的LP3972。 这是国半为Marvell PXA310平台定制的电源管理芯片，他们之间采取数字接口，动态地调整内核电压和电流负载能力，已达到最优化的功耗模型。 图3-13 GPS芯片方案原理图 IPM模块是动态主频管理的核心，处理器根据实际的运算量来配置主频， 21 北京邮电大学工程硕士论文 在208MHz/416MHz/624MHz/806Mhz几个典型频点上不停跳变。具体机制举例说明如下。 系统将用户对终端的操作分成很多事件，比如“唤醒”、“休眠”、“点击触屏”、“拖动触屏”、“按动按键”、“打开浏览器”、“打开播放器”等等，然后根据这些事件的特点，按需决定此时刻应该处于哪个频点，或是升高、降低一个频率等级。举个例子，手机放在一旁一段时间没有操作(但尚未休眠)，这时主频处于104MHz，如果用户点一下触屏，则机器判断用户可能要开始操作，主频升至208MHz;这时用户又点了一下触屏，则判断用户可能要连续操作，主频升至416MHz;但过了10秒钟用户没有操作，则主频降至208MHz;又过了10秒钟，用户仍无操作，则主频降回至104MHz;这时客户通过几次菜单操作打开了视频播放器并开始观看，则判断此刻需要全速计算，主频直接跳至806MHz。 3.3 手持移动设备特性总结 MT02V系列手持移动设备的特性如下: , 防护等级:IP54 , 操作系统Window Mobile 6.1 and 6.5,WinCE 6.0 , 支持天翼对讲QChat , Bluetooth EDR2.and Wi-Fi 802.11b/g , 300万自动对焦摄像头 , GPS , 一维条码识读(Code128, EAN-13, EAN-8, Code39, UPC-A, UPC-E, Coda bar, Interleaved 2 of 5，ISBN/ISSN，Code93) , 二维条码识读(QR, DM, PDF417, Max i Code, Code39, UPC, Postnet, OCR A, OCR B) , RFID 13.56MHz 14443A/B read and write , 电池容量3000mAh(连续5000次一维条码识读操作) 图3-14手持移动设备 22 北京邮电大学工程硕士论文 3.4 手持移动设备规格和编号 MT02V系列手持移动设备的规格如下: , 尺寸:长度149. 9mm宽度74. 2mm厚度29.mm 重量380g , 处理器与内存:Marvell PXA310 624MHz , 256M Byte Nand Flash, 128M Byte DDR , 连接性:CDMAIX或EvDO, 800MHz/1900MHz, USB, Wi–Fi, Bluetooth. RS232 , 用户输入:Touch Screen, Number Keypad, Function Key , 用户界面:3. 2英寸半透显示屏240*320，三色灯，震动 , 源码支持:1D Barcode API.2D Barcode API , RFID read and write API both in C# and C++ , 环境:使用温度一20C to 50C (40F to 122F) , 存储温度一40C to 75C(40F to 167F) , 湿度5% to 95% 图3-15 MT02V系列手持移动设备 MT02V系列手持移动设备的编号如下: , MT02V-S:MT02V标准版(With 3. OM AF, GPS, 3000mAh ;Without barcode scanner or RFID reader) , MT02V-NL:MT02V-S基础上增加一维条形码识读器 , MT02V-HW:MT02V-S基础上增加二维条形码识读器 , MT02V-R:MT02V-S基础上增加RFID只读功能识读器(UID read only) 23 北京邮电大学工程硕士论文 , MT02V-RW:MT02V-S基础上增加RFI可读可写识读器(Full function) MT02V-F:MT02V-S基础上增加一维条形码及RFID可读可写识读器 24 北京邮电大学工程硕士论文 第四章 物联网手持移动终端应用与解决方案 在实际应用中，手持移动终端会使用于不同地域、不同行业，而他们的业务逻辑也不尽相同，这就给物联网移动终端的产品设计与适配增加很多难度。同时设备作为硬件的销售必须依靠于解决方案的软件平台的推广，对于独立的硬件设备最终的企业用户是无法直接应用的，所以针对每个行业标准化的解决方案，是能否让物联网技术被大范围使用的一个核心。 我们虽然目前仍旧以硬件设备供应为主，但在某些解决方案中将硬件终端通过平台软件包装成一个中间件，方便解决方案公司接入和调用，这也是我们的一项重要工作。物联网的市场是解决方案的市场，只有解决方案才能在行业中实现快速复制，才能打通产业链上下游公司间的壁垒。但是形成比较成熟的解决方案是需要长期的经验积累与耐心的专注。 比如景区门票系统，这项应用要求验票的实时性较好，如果每一位个游客验票都要很久，那么景区入口一定会排起长龙。针对这种工作要求，就需要服务器终端每隔一段时间就将用于验票的数据库分支下发同步到终端上，使验票的动作完全在本地实现，不必花费时间进行无线远程比对。 下面列举一些物联网手持移动终端的典型应用或解决方案，我们主要关注的领域包括智能库管、分布式进销存、桌面媒体、移动人员管理、智能交通等。 4.1 酒店现场移动作业管理系统 4.1.1 项目背景 **是一家成立于2005年的经济型酒店集团,旗下拥有“**快捷”、“**全季酒店”、“**海友客栈”三个系列品牌的500多家连锁门店,每年还在以开店100多家的速度进行高速扩张. 随着企业的快速扩张，企业出现了一定程度的管理滞后的现象，同时也迫切需要针对单个服务员的工作绩效管理与考量，使管理的工作可以更加细化与高效。 25 北京邮电大学工程硕士论文 为了实现这一目标，需要借助与一套移动作业管理系统来加强对酒店的管理，同时也帮助企业提高公司的形象与服务品质。 4.1.2 功能需求描述 终端登录。由于所有的工作人员都采用IC卡来作为员工卡，为了便于登陆操作，提供两种登陆方式。一种是通过刷员工卡来作为帐号，只需要输入密码即可登录。另外一种是操作人员手工录入帐号以及密码来完成登录操作。所有的登录都通过无线网络调用远程同步服务器上的WebService来实时完成。在登陆的同时也会将该人员的所有相关最新数据抓取到手机端来保证前后台之间的数据一致性。 早餐用餐。所有的用餐刷卡都采用实时在线的操作方式完成，当服务人员用房卡在手机上面刷了一下以后，手机即会实时提交该数据到服务器端进行验证。如果有可用早餐券则会实时在后台系统进行扣除，并反馈剩余早餐券数量。如果扣除不成功则会反馈给客户端一个消息。同时为了防止早餐券扣券的重复提交，每一次在客户端向后台提交时均会产生一个唯一性的流水号，后台系统根据该流水号来进行唯一性的验证，来防止重复提交的产生。 客房打扫。在手机端会显示所有待打扫房间列表，这些打扫的房间列表会按照优先级等进行排列。客房人员选中一个房间，点击“确认”以后，系统即开始计算开始时间，同时会显示该房间的打扫事项等。当打扫完成以后，客房人员钩选房间的打扫状况记录及情况描述等，同时点击“完成”动作，系统会及时记录下房间打扫的结束时间。并实时将该部分数据提交到后台，以更新房间状态。同时会在主界面将该房间的状态刷新。 领班检查。领班人员进行领班检查的时候，都会将当日已经整理完成的房间号全部显示出来，领班可以从这些房间号里面随机抽取一家门店进行检查，针对该房间的检查情况在手机端录入对检查房间进行打分，评定检查状态(通过或者不通过)，记录打扫状况(卫生细节)。在检查完成之后即会实时将该数据提交到后台服务器。 消息通知。当后台在系统内录入消息通知以后，可以通过数据推送到前台。一种是对于紧急度高的那些消息，通过短信的方式及时推送到用户的手 26 北京邮电大学工程硕士论文 机端上。而对于紧急度偏低的那些消息，则通过终端定时轮训的方式来主动获取这些消息(例如通过终端每一个小时轮训一次的方式来获取)。 安全问题。终端与后台系统之间的数据通讯采用SSL加密的方式来保证整个传输过程数据通道的安全性。同时，由于我们在终端还缓存着数据，为了保证整个终端上存储数据的安全性，我们对终端上的数据采用了128位的加密方式。 自动更新。自动更新技术是一整套成熟解决方案。我们的自动更新可以根据终端的当前版本情况以及系统的最新版本情况进行自动更新。 数据接口。我们与**现有系统之间的数据交互采取WebService的方式来进行。通过该接口可以抓取到我们系统所需要的所有数据，而且整个接口也按照我们的要求来进行定制。 数据表单可配置化。随着对房间清理打扫的不断细化，而考量的标准也有可能不断的发生变化，而对于我们系统来说都可以非常灵活的进行配置，来应对新的业务需求。 终端权限可配置化。由于整个终端系统目前只涵盖到客房人员、主管、早餐服务员等角色。而随着系统的逐渐推广以及功能的逐渐增多，用户在终端的权限也会不断地发生变化。为了能够满足这种不断发生变化的权限需要，则需要在后台可以对不同角色人员的权限进行灵活配置。 4.1.3 网络传输与流量 基于用户的终端需要基于无线网络来与后台系统之间进行数据交互，为了将网络的影响因素降低到最低，可以考虑以GPRS网络为主，以WIFI网络为备用的连接方式。 由于按照现有的需求，客户的所有信息都是纯粹的文本类型的。因此，按照每个人涉及到的工作量在对数据进行压缩以后每日传输的数据量在150~200KB左右不等。按照现有的联通或者移动的数据流量套餐政策，最低5元每月30MB的套餐即可满足每日的数据流量需求。 27 北京邮电大学工程硕士论文 4.1.4 网络架构图 图4-1 网络架构图 4.1.5 系统架构图 图4-2 系统架构图 4.2 快消品行业销售管家 4.2.1 项目简介 销售管家方案允许用户通过网络，将后台生成的表单下载到终端上，用户可以使用软件根据下载的表单录入数据，录入完成后直接通过销售管家终端将数据第一时间上传到后台系统中心。 销售管家方案可以让企业前端市场促销员更加灵活、快速的将第一手市场信息及时、准确的上传给企业后台管理系统。能够让企业准确的掌握最新市场信息，为企业的决策提供及时而准确的数据。 1.移动终端设备 销售管家是国内首款以准3G技术为基础研发的数据采集产品，采用纯GPRS的传输方式，有着WAP及短信等其它无线数据采集方式无法比拟的几大科技优势: 传输速度快:GPRS传输方式，是现阶段可实现的最快的无线数据传输方式，GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，而每条销售和库存数据只有2k，基本上相当于数据传输的跨省高速公路。 更加准确安全:与WAP和短信方式相比数据更加准确安全，不存在网络无法连接、传输中断等硬伤。 无丢包、延时:无丢包，无延迟，即使遇到节假日等短信通道瘀塞的情况，也能保证数据互动成功率100%。真正从传输数量和传输质量上保证企业经营 28 北京邮电大学工程硕士论文 不受影响.这些是短信等传统的无线数据采集方式很难保证的。 更加规范，更有针对性:规范化的专门为企业采集数据定制的个性化表单，定制表单在后台发布后，所有终端可以统一下载。数据采集人员按照表单的格式可以直接上传数据，无需再另行对前端市场的数据采集人员进行数据格式的培训。这是手机短信无法达到的。 更加丰富的数据:可以上传多达上千字的文本数据，甚至以后可以上传更大容量的多媒体数据。 统一终端设备管理:统一定制终端设备在管理上也更加规范。可以统一对终端设备进行远程的软件升级，让你不用为终端设备的硬件故障而烦恼。 2.后台管理 销售管家后台系统可以布置在我们的服务器上，也可以布置到客户自行购买的服务器上。后台系统具有以下几个特点: 高性能的处理能力:我们有着多年的移动商务项目实施经验，销售管家后台系统具有高性能的处理能力，能够满足大量的并发访问的需求，同时，系统架构负载均衡、灵活扩展，可随着用户量的增长，按需增加硬件投入，提高处理能力。 可靠性:销售管家后台系统具有长时间连续工作的能力，并且包括冗余备份、灾难恢复等功能。避免因系统当机等问题给业务带来巨大影响。 3. 可扩展性: 考虑到企业大多有现有的信息系统，销售管家后台系统提供给企业丰富的可扩展数据库接口。可与企业现有业务系统的数据接口(包括SCM、ERP、CRM、OA、进销存系统和财务系统等信息系统)联结。网络结构图如下所示: 图4-3 方案框图 如上图所示，销售队伍都通过移动互联网访问后端中心系统，其中市场的销售人员使用销售管家终端设备录入前端数据信息，通过GPRS实现销售管家终端的数据与销售管家后台系统数据库之间的数据交换。 29 北京邮电大学工程硕士论文 4.2.2 管理系统 1(终端管理 A.新增终端:新增销售管家终端在后台进行注册。 B.终端分组:对终端进行分组，可以将终端按组管理。 C.删除终端:对已经不用的终端进行注销。 D.编辑终端信息:修改终端信息。 2(表单管理 A.新增表单:增加数据采集表单。发布后终端可以下载表单进行数据上传。 B.修改表单:对未发布的表单进行修改。 C.删除表单:删除无用表单。 3(绑定管理 A.绑定终端:分为普通绑定和分组绑定。只有表单绑定终端后，被绑定的 终端才可以下载表单。 B.查看绑定:查看表单的绑定情况。 C.解除绑定:对不需要绑定的表单与终端解除绑定关系。 4(消息管理 A.新增消息:为终端下发消息。可以按不同组发送通知消息到销售管家终 端。 B.删除消息:删除无用的通知消息，同时终端上的消息也同步删除。 5(企业信息管理 A.信息维护:维护企业的注册信息。 B.密码修改:修改后台系统密码。 30 北京邮电大学工程硕士论文 4.3 GPS铁路巡检系统 4.3.1 项目简介 采用全球卫星系统定位，可真正有效地解决人工巡线的到位问题。实时采集巡线到位信息，检查巡线到位情况。采用开放式系统设计，可与其他系统共享信息资源。使用方便，不需要额外的安装和维护费用，不必担心防盗。内置了电子地图，直观反映线路的状况，修改、维护非常方便。实现电子化、信息化、智能化线路巡检，加强数字化的管理。 4.3.2 体系结构 系统基于B/A/S三层结构开发 图4-4 体系结构 4.3.3 技术路线 中心控制系统采用B/A/S三层结构设计。GIS信息发布通过ArcIMS来实现。空间分析功能通过ArcEngine WebService实现。工作界面以Ajax技术结合WebGIS实现动态实时刷新。基于MVC模式开发。终端系统软件基于Microsoft Windows Mobile 6开发。终端巡检信息数据传输采用移动GPRS和短信网关相结合的方式。电子地图部署方式采用在服务器部署,终端动态更新的方式。控制中心GIS综合信息系统包括:计划管理、铁路管理、考核统计、数据查询、线路照片、系统管理。 4.3.4 可视化管理 从计划列表中选择符合条件的，添加执行人员和执行时间，发送到PDA上。 图4-5 任务列表 31 北京邮电大学工程硕士论文 数值型巡检项目查询。 图4-6 数值型巡检项目查询 通过对巡检任务和巡检结果的匹配分析，来查看所有未被巡检的设备。 图4-7 巡检任务和巡检结果的匹配分析 铁路现场照片地图定位显示。 图4-8 铁路巡检现场照片及地图定位 第五章 结束语 当前物联网技术已经初步应用到各行业，物联网技术要像互联网技术一样深入到各个行业和领域还有很长的路要走。例如，需要突破关键核心技术的约束、整合产业链、制定相关技术和标准、培养复合型人才等。 本文主要阐述了物联网手持移动设备的产品定义与设计方法，并研究了物联网手持移动设备嵌入式系统及电路设计技术，包括3G无线通信、条码识别、射频识别和GPS技术等;并结合实际物联网系统案例，给出了物联网手持移动终端应用与解决方案，为物联网数据节点的设计和应用奠定了基础。 在物联网的发展上，要使物联网技术能够快速发展、全面应用是一个漫长的过程，因此需要制定全面系统的国内外并行的系列标准，满足其各阶段的需求。对关键技术进行攻关，大力扶持技术创新和技术改革。在管理上，应对研究和应用进行监理，对产业链上下游的配合提供协调，掌握关键技术与 32 北京邮电大学工程硕士论文 产业整合的主动权。 参考文献 [1] 吴德本. 物联网综述[J] . 有线电视技术，2011.3.20. 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