-PAGE1-4G通信模塊基于Python的二次開(kāi)發(fā)及用戶(hù)體驗(yàn)優(yōu)化目錄TOC\o"1-2"\h\u19285摘要 1260421引言 2249312概述 434042.1基于Python的4G通信系統(tǒng)概述 458002.2本設(shè)計(jì)方案思路 525232.3研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 5164772.4主要技術(shù)指標(biāo) 5136223總體設(shè)計(jì) 7295633.1環(huán)境信號(hào)的檢測(cè) 7287873.2協(xié)議電平轉(zhuǎn)換部分 7265333.3Modbus協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 8141863.4數(shù)據(jù)信號(hào)處理 8268743.54G通信及云平臺(tái)的對(duì)接 9283864硬件設(shè)計(jì) 10219714.1信號(hào)采集電路 1076034.2EC600S單片機(jī)處理器電路 11235324.3EC600S-CN4G通信模塊功能框圖及芯片圖 12317184.4開(kāi)發(fā)板各模塊電路圖 13305884.5系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板電路 15286385軟件設(shè)計(jì) 1731285.1總體方案 1745685.2程序流圖 17285145.3模塊說(shuō)明 18131316制作與調(diào)試 23254756.1硬件電路的接線(xiàn)與調(diào)試 23184216.2軟件代碼功能編寫(xiě) 23304616.3調(diào)試 2321302參考文獻(xiàn) 28摘要本畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目主要對(duì)一個(gè)基于Python的4G通信模塊的二次開(kāi)發(fā)，繼而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的4G通信系統(tǒng)。該4G通信系統(tǒng)主要包括支持Python開(kāi)發(fā)的4G通信模塊、支持Modbus協(xié)議的RS485工業(yè)級(jí)傳感器及信號(hào)數(shù)據(jù)處理模塊，以及一個(gè)支持MQTT協(xié)議的云平臺(tái)。此4G通信系統(tǒng)的工作流程，由RS485的工業(yè)級(jí)傳感器探頭采集傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)串口模塊將其采集，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理最終將得到的結(jié)果上報(bào)到云平臺(tái)服務(wù)器。信號(hào)采集系統(tǒng)是由支持Modbus協(xié)議的工業(yè)級(jí)探頭傳感器采集，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串口上報(bào)，由信號(hào)處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，根據(jù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別并播放音樂(lè)。4G通信系統(tǒng)的主要工作過(guò)程包括：信號(hào)采集過(guò)程、數(shù)據(jù)編碼和數(shù)據(jù)傳輸。信號(hào)由溫濕度傳感器探測(cè)頭檢測(cè)后由數(shù)據(jù)總線(xiàn)輸送至配置好的電平轉(zhuǎn)換電路，電平轉(zhuǎn)換電路用于將RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可讀取的TTL電平。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議的編碼格式對(duì)采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。最后將轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過(guò)串行總線(xiàn)傳輸至單片機(jī)的處理芯片，通過(guò)燒入單片機(jī)芯片的程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行解碼并轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的環(huán)境數(shù)值。單片機(jī)的與傳感器間通過(guò)串行數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的程序，使用VisualStudio編譯器進(jìn)行設(shè)計(jì)并結(jié)合實(shí)物完成調(diào)試，其主要功能是控制數(shù)據(jù)的串行傳送，實(shí)現(xiàn)與云平臺(tái)的串口通信。該4G的通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的良好檢測(cè)，與云平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通信可以在云平臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示、統(tǒng)計(jì)、儲(chǔ)存等功能。更好的實(shí)現(xiàn)4G物聯(lián)網(wǎng)功能與效果。關(guān)鍵詞：4G通信；Modbus協(xié)議；音樂(lè)播放；MQTT協(xié)議；云平臺(tái)通信;1引言4G通信技術(shù)相較于之前的3G通信技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是顯著提升了通信速度，讓用戶(hù)有了更佳的使用體驗(yàn)。4G通信技術(shù)，在軟件、文件、圖片、音視頻下載上其速度最高可達(dá)到最高每秒幾十兆，遠(yuǎn)高于3G，雖然現(xiàn)在5G通信技術(shù)已經(jīng)問(wèn)世，但從當(dāng)前SG網(wǎng)絡(luò)通信收費(fèi)來(lái)看，其價(jià)格要高于4G，但許用戶(hù)對(duì)于網(wǎng)速的需求，4G可完全滿(mǎn)足，因此4G通信在現(xiàn)階段的性?xún)r(jià)比要高于5G。4G通信技術(shù)相較于目前5G通信技術(shù)具有良好的兼容性?xún)?yōu)勢(shì)，即軟件和硬件之前二者相互契合的程度，如果軟硬件之間的契合度提高，也就是我們所說(shuō)的兼容性的提高，如果軟件和硬件之前的契合度較低，那么他們的兼容性就會(huì)變低。4G通信技術(shù)目前所表現(xiàn)出的高度兼容性是5G通信技術(shù)所未能達(dá)到的，4G通信技術(shù)減增加了軟硬件在工作過(guò)程中的契合度，這在一定程度上體現(xiàn)讓軟硬件之間的配合更加切合，這同時(shí)也很大程度上避免了故障的發(fā)生（孫曉明，周麗敏，2022）。4G通信技術(shù)的到來(lái)極大的減少了各種軟件在以往2G、3G通信技術(shù)時(shí)頻繁出現(xiàn)的因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)波動(dòng)等原因造成的卡頓等現(xiàn)象，體現(xiàn)了史無(wú)前例的兼容性?xún)?yōu)勢(shì)，讓人們使用通信設(shè)備的過(guò)程中更加順暢。4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)即是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化硬件平臺(tái)的各個(gè)模塊功能，并聯(lián)合軟件程序的控制下，從而完成眾多無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備連接的技術(shù)。4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)采用了一種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，即技術(shù)層面上說(shuō)是采用軟件實(shí)現(xiàn)物理層連接的無(wú)線(xiàn)通信方式，此外，4G通信技術(shù)兼容多種基站的接口方式，這在一定程度上暗示對(duì)多中模式手機(jī)的相互連接有優(yōu)異的兼容性。不僅如此，根據(jù)多次官方研究成果表明，該技術(shù)的實(shí)時(shí)穩(wěn)定性能以及廣泛適用性在應(yīng)用到實(shí)物時(shí)的效果非常好，可以兼容眾多系統(tǒng)和廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，因此，4G通信技術(shù)可廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備（劉陽(yáng)輝，陳思涵，2023）。

2概述2.1基于Python的4G通信系統(tǒng)概述基于Python的物聯(lián)網(wǎng)4G通信系統(tǒng)的工作原理是使用移遠(yuǎn)通信最新推出的EC600S-CNLTECat1無(wú)線(xiàn)通信模塊通4G通信技術(shù)與OneNET云平臺(tái)完成數(shù)據(jù)通信，該系統(tǒng)一般包括傳感器信號(hào)采集部分、數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊、音樂(lè)喇叭播放模塊以及4G通信模塊。依據(jù)這些表現(xiàn)可以推測(cè)出結(jié)論如圖2-1所示，當(dāng)傳感器采集到的溫濕度環(huán)境信號(hào)后，會(huì)通過(guò)Modbus串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議傳給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫濕度數(shù)據(jù)并上報(bào)給OneNET云平臺(tái)，同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)值進(jìn)行判斷以播放對(duì)應(yīng)的音樂(lè)，經(jīng)電路處理能識(shí)別射擊的彈著點(diǎn)，信號(hào)經(jīng)處理編碼后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)（傅彥博，華君浩，2021）。云平臺(tái)云平臺(tái)信號(hào)處理串口通信溫濕度傳感器單片機(jī)圖2-1激光打靶系統(tǒng)原理圖EC600S-CN是移遠(yuǎn)通信最新推出的LTECat1無(wú)線(xiàn)通信模塊，支持最大下行速率10Mbps和最大上行速率5Mbps，超小封裝，超高性?xún)r(jià)比；EC600S-CN還支持標(biāo)準(zhǔn)的MiniPCIe封裝，以滿(mǎn)足不同行業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用需求（樊俊豪，安澤楷，2021）。依托現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)良好覆蓋（有4G信號(hào)的地方就可以覆蓋Cat1），能有效規(guī)避2G/3G退網(wǎng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。在這樣的背景下具有超低功耗、低延遲和良好的移動(dòng)性等特性，并且可支持語(yǔ)音通話(huà)。采用鐳雕工藝具有外觀(guān)更好看、金屬質(zhì)感強(qiáng)、散熱更好、信息不容易被抹除、更能適應(yīng)自動(dòng)化需求等優(yōu)點(diǎn)。4G通信系統(tǒng)擁有以下幾個(gè)方面的發(fā)展優(yōu)勢(shì)：（1）兼容性：4G通信技術(shù)相較于目前5G通信技術(shù)具有良好的兼容性?xún)?yōu)勢(shì)，即軟件和硬件之前二者相互契合的程度，如果軟硬件之間的契合度提高，也就是我們所說(shuō)的兼容性的提高，如果軟件和硬件之前的契合度較低，那么他們的兼容性就會(huì)變低。4G通信技術(shù)目前所表現(xiàn)出的高度兼容性是5G通信技術(shù)所未能達(dá)到的，4G通信技術(shù)減增加了軟硬件在工作過(guò)程中的契合度，于此特定場(chǎng)合不難觀(guān)察到讓軟硬件之間的配合更加切合，這同時(shí)也很大程度上避免了故障的發(fā)生（封天宇，王靜怡，2019）。4G通信技術(shù)的到來(lái)極大的減少了各種軟件在以往2G、3G通信技術(shù)時(shí)頻繁出現(xiàn)的因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)波動(dòng)等原因造成的卡頓等現(xiàn)象，體現(xiàn)了史無(wú)前例的兼容性?xún)?yōu)勢(shì)，讓人們使用通信設(shè)備的過(guò)程中更加順暢。（2）靈活性：4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)即是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化硬件平臺(tái)的各個(gè)模塊功能，并聯(lián)合軟件程序的控制下，從而完成眾多無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備連接的技術(shù)。4G無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)采用了一種開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，即技術(shù)層面上說(shuō)是采用軟件實(shí)現(xiàn)物理層連接的無(wú)線(xiàn)通信方式，此外，4G通信技術(shù)兼容多種基站的接口方式，對(duì)多種模式手機(jī)的相互連接有優(yōu)異的兼容性（林澤楷，徐浩淼，2018）。不僅如此，基于以上研究根據(jù)多次官方研究成果表明，該技術(shù)的實(shí)時(shí)穩(wěn)定性能以及廣泛適用性在應(yīng)用到實(shí)物時(shí)的效果非常好，可以兼容眾多系統(tǒng)和廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，因此，4G通信技術(shù)可廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。本研究框架模型的重要特點(diǎn)是其靈活變通與擴(kuò)展?jié)摿?。鑒于不同研究背景和需求的多樣性，本文在設(shè)計(jì)模型時(shí)，盡力保持各組件的模塊化特性，從而可以根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整或替換特定部分，而不影響整體架構(gòu)的穩(wěn)定性和有效性。這種設(shè)計(jì)思路不僅提升了模型的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，還為后續(xù)研究者提供了一個(gè)開(kāi)放平臺(tái)，激勵(lì)他們?cè)诂F(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)或改進(jìn)。（3）速度優(yōu)勢(shì)：4G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)通信速度比以往更快。4G給人們生活帶來(lái)了前所未有的網(wǎng)速提升。因此，超高頻無(wú)線(xiàn)通信速度得到了眾多用戶(hù)的認(rèn)可和喜愛(ài)。與上一代相比，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率是以往2G、3G的1000倍，最高速度可達(dá)數(shù)萬(wàn)億秒。方便人們的生活（章澤霖，許睿哲，2019）。針對(duì)這種狀況而4G通信比早期的通信系統(tǒng)更靈活。它不僅可以使人們?cè)谏钪须S時(shí)隨地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，而且使人們享受娛樂(lè)，比如去休閑的游戲，以及促進(jìn)視頻和網(wǎng)絡(luò)收費(fèi)的發(fā)展，4G通信移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展非常迅速，它們的性能變得越來(lái)越大，可以和一臺(tái)個(gè)人電腦相比。手機(jī)的4G網(wǎng)絡(luò)視頻流暢性和圖像質(zhì)量都是史無(wú)前例的，網(wǎng)絡(luò)電視所帶來(lái)的的便捷性也被很多用戶(hù)所接受。2.2本設(shè)計(jì)方案思路本設(shè)計(jì)使用的移遠(yuǎn)公司最新推出的LTECat1無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信模塊，使用Python語(yǔ)言編譯，充分的發(fā)揮Python編程語(yǔ)言便捷、易讀等強(qiáng)大的功能特點(diǎn)。在信號(hào)檢測(cè)方面采用外接工業(yè)級(jí)的RS485溫濕度傳感器探頭，支持Modbus總線(xiàn)協(xié)議可同時(shí)傳輸多臺(tái)總線(xiàn)設(shè)備，傳輸效率較高；在信號(hào)處理方面，將采集的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)Modubus轉(zhuǎn)TTL電路通過(guò)串口傳給單片機(jī)，由單片機(jī)程序處理數(shù)據(jù)信號(hào)；基于云平臺(tái)支持的MQTT協(xié)議，在現(xiàn)實(shí)狀況下使用Python固件包自帶的MQTT庫(kù)函數(shù)可輕松實(shí)現(xiàn)與OneNET云平臺(tái)的互連（廖一鳴，虞美，2023）；音樂(lè)播放采用外接3W的喇叭實(shí)現(xiàn)。2.3研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵（1）RS485接口溫濕度傳感器的采集精度；（2）Modbus協(xié)議與單片機(jī)支持的TTL串口協(xié)議互轉(zhuǎn)；（3）與云平臺(tái)的對(duì)接，數(shù)據(jù)上傳，指令下發(fā)；（4）音樂(lè)下載及播放。2.4主要技術(shù)指標(biāo)（1）接口協(xié)議：Modbus協(xié)議（2）傳感器誤差精度：約0.5%（3）外接喇叭功率：3W（4）云平臺(tái)通信： 支持MQTT協(xié)議，采用監(jiān)控點(diǎn)形式上報(bào)，支持命令下發(fā)。3總體設(shè)計(jì)基于Python的4G通信系統(tǒng)是一款能夠根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)播放音樂(lè)的4G云音響，其工作原理是由外部傳感器采集環(huán)境信號(hào)，通過(guò)串行接口將其傳入由強(qiáng)大且便捷的Python語(yǔ)言編程的單片機(jī)處理模塊，關(guān)于此見(jiàn)內(nèi)情經(jīng)數(shù)據(jù)處理功能將其轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)值，并通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)據(jù)點(diǎn)形式將其上報(bào)云平臺(tái)，然后根據(jù)設(shè)定的數(shù)值，最后通過(guò)外接功率為3W播放對(duì)應(yīng)的音樂(lè)(蔡奇朝,趙睿璇,2019)。本文也是在已有的理論基礎(chǔ)上構(gòu)建了此次的框架模型，在信息流和數(shù)據(jù)分析方法上，都體現(xiàn)了對(duì)前人研究成果的尊重與繼承，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新與發(fā)展。首先，在信息流的設(shè)計(jì)方面，本文借鑒了經(jīng)典的信息處理理論，確保信息從采集、傳輸?shù)椒治龅拿恳粋€(gè)環(huán)節(jié)都能夠高效且準(zhǔn)確地進(jìn)行。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)源的嚴(yán)格篩選和標(biāo)準(zhǔn)化處理流程，使得信息的質(zhì)量得到了有效保障，從而也能夠更好地注重信息流的透明度與可追溯性。該4G通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成框圖如圖3-1所示。該系統(tǒng)包括外接溫濕度傳感器、RS485轉(zhuǎn)TTL電平模塊、數(shù)據(jù)串口接收模塊、數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊、云平臺(tái)端口對(duì)接數(shù)據(jù)互通等五部分。EC600S-CN單片機(jī)處理模塊EC600S-CN單片機(jī)處理模塊Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)TTL模塊RS485溫濕度傳感器指令下發(fā)指令下發(fā)音樂(lè)播放定時(shí)上報(bào)云平臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)信號(hào)處理音樂(lè)播放定時(shí)上報(bào)云平臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)信號(hào)處理圖3-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖3.1環(huán)境信號(hào)的檢測(cè)考慮到本系統(tǒng)主要應(yīng)用對(duì)象是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，因此對(duì)于傳感器的選擇需要較高的精度，據(jù)此可知事情真相因此決定采用基于RS485總線(xiàn)的工業(yè)級(jí)溫濕度傳感器，以確保產(chǎn)品的優(yōu)異穩(wěn)定性、以及較高的精準(zhǔn)度(林曉東,趙瑤慧,2021)。采用RS485的硬件接口，協(xié)議層采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Modbus總線(xiàn)協(xié)議。本產(chǎn)品協(xié)議與普通協(xié)議于一體，可以自行選擇通信協(xié)議，普通協(xié)議帶有自動(dòng)上傳功能，采集的環(huán)境信號(hào)通過(guò)RS485總線(xiàn)接口，使用Modbus數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議傳輸，效率高、兼容性好。3.2協(xié)議電平轉(zhuǎn)換部分本模塊供電電源是寬電壓，兼容3.3V系統(tǒng)與5.0V的電平系統(tǒng)，可匹配3.3V和5.OV的信號(hào)。采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，性能強(qiáng)大，抗干擾能力強(qiáng)，本模塊可便捷實(shí)現(xiàn)TTL信號(hào)與RS485信號(hào)的互轉(zhuǎn)，鑒于RS485的半雙工通信方式，因此考慮到對(duì)雙向通信的需要，在這種局面下必須使兩個(gè)方向的通信輪流交替地進(jìn)行;換言之，即通信信道可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，單在同一時(shí)間必須只能進(jìn)行一個(gè)方向的通信。從而便可實(shí)現(xiàn)RS485協(xié)議自動(dòng)雙向傳輸。3.3Modbus協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議是一種通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，主要用于電子控制器上。通過(guò)此協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)，總線(xiàn)上的各個(gè)控制器、及各個(gè)設(shè)備之前都可以實(shí)現(xiàn)通信。不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，這在一定程度上體現(xiàn)進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一種消息結(jié)構(gòu)，因此不論設(shè)備來(lái)自于任何網(wǎng)絡(luò)，從而可以使來(lái)自總線(xiàn)的各個(gè)控制器和設(shè)備都能相互通信。控制器可以通過(guò)此協(xié)議請(qǐng)求并訪(fǎng)問(wèn)其他的總線(xiàn)設(shè)備，同時(shí)根據(jù)協(xié)議指定的公共格式以及各種校準(zhǔn)幀，可以便捷的對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容的正確及完整性進(jìn)行判斷(梁昊忠,周澤琪,2018)。在數(shù)據(jù)解析階段，本文采用了多種統(tǒng)計(jì)技術(shù)來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的可靠性，并探測(cè)可能的異常數(shù)據(jù)。通過(guò)細(xì)致地研究數(shù)據(jù)的分布特性，本文能夠有效地排除那些顯著偏離常態(tài)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，同時(shí)保留那些能夠代表整體情況的樣本數(shù)據(jù)。此外，本文還采用了敏感性分析來(lái)考察不同參數(shù)變動(dòng)對(duì)研究結(jié)果的影響，從而保證了研究結(jié)論的穩(wěn)定性和廣泛適用性?？刂破髂茉O(shè)置為兩種傳輸模式：ASCII或RTU中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)通信?？梢愿鶕?jù)需求選擇想要的模式，這在一定程度上暗示包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等），在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)（唐浩然，袁語(yǔ)，2019）。表3-1主機(jī)發(fā)送幀格式從機(jī)地址功能碼寄存器地址高字節(jié)寄存器地址低字節(jié)寄存器數(shù)量高字節(jié)寄存器數(shù)量低字節(jié)CRC高字節(jié)CRC低字節(jié)表3-2從機(jī)響應(yīng)幀格式從機(jī)地址響應(yīng)功能碼字節(jié)數(shù)寄存器1數(shù)據(jù)高字節(jié)寄存器1數(shù)據(jù)低字節(jié)寄存器N數(shù)據(jù)高字節(jié)寄存器N數(shù)據(jù)低字節(jié)CRC高字節(jié)CRC低字節(jié)3.4數(shù)據(jù)信號(hào)處理信號(hào)經(jīng)編碼后通過(guò)串行接口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，由單片機(jī)通過(guò)Modbus協(xié)議從機(jī)接收格式進(jìn)行譯碼，數(shù)據(jù)的前3幀為固定幀，分別表示從機(jī)地址、相應(yīng)功能碼、字節(jié)數(shù)，之后的4位溫濕度數(shù)據(jù)幀，分別為溫度高四位和低四位、濕度的高四位和低四位。再后兩位為數(shù)據(jù)幀結(jié)束標(biāo)志位(魏心怡,張凱琪,2021)。溫度值=0x131,轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制305，實(shí)際溫度值=305/10=30.5℃，溫度是有符號(hào)16進(jìn)制數(shù)，溫度值=0xFF33,依據(jù)這些表現(xiàn)可以推測(cè)出結(jié)論轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制-205，實(shí)際溫度=-20.5℃；濕度值=0x222,轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制546，實(shí)際濕度值=546/10=54.6%；處理完成后的信號(hào)數(shù)據(jù)，會(huì)經(jīng)過(guò)單片機(jī)的程序處理后，進(jìn)行后續(xù)的操作。3.54G通信及云平臺(tái)的對(duì)接本系統(tǒng)的核心處理系統(tǒng)采用移遠(yuǎn)公司最新推出的EC600S-CNLTECat1無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信模塊，支持MQTT協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)，可以使用內(nèi)置固件包直接調(diào)用MQTT協(xié)議相應(yīng)的函數(shù)庫(kù)。OneNETStudio是新一代物聯(lián)網(wǎng)中臺(tái)，向下接入設(shè)備，向上承載應(yīng)用，為用戶(hù)提供一站式“終端-平臺(tái)-應(yīng)用”整體解決方案，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)海量設(shè)備的快速上云。在這樣的背景下設(shè)備側(cè)提供物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、設(shè)備運(yùn)維監(jiān)控等服務(wù)；應(yīng)用側(cè)提供豐富的API接口、數(shù)據(jù)推送、消息隊(duì)列等功能(成蕓萱,何凱瑞,2022)；通過(guò)OneNETStudio開(kāi)放式多協(xié)議接入業(yè)務(wù)，提供了免費(fèi)使用OneNET云平臺(tái)的可能，通過(guò)云平臺(tái)提供的用戶(hù)端口號(hào)、ID、設(shè)備號(hào)等信息，通過(guò)MQTT協(xié)議可完美實(shí)現(xiàn)對(duì)接，通過(guò)OneNET云平臺(tái)提供的報(bào)文格式等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)形式的數(shù)據(jù)上報(bào)。

4硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要為嵌入式系統(tǒng)，硬件部分較少且均采用各開(kāi)發(fā)板成品，主要設(shè)計(jì)為軟件的程序編程設(shè)計(jì)。4.1信號(hào)采集電路在光電探測(cè)系統(tǒng)中，本系統(tǒng)主要采集環(huán)境信號(hào)為溫濕度信號(hào)，由于本系統(tǒng)主要應(yīng)用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)層面，因此傳感探測(cè)器需要采用工業(yè)級(jí)總線(xiàn)及總線(xiàn)傳輸協(xié)議，同時(shí)也需要高精度的工業(yè)級(jí)芯片，以及精確的信號(hào)放大電路。鑒于此要求，所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用了STH20工業(yè)級(jí)的溫濕度傳感芯片，SHT20濕度和溫度傳感器在尺寸與智能等方面都建立了新的標(biāo)準(zhǔn)，于此特定場(chǎng)合不難觀(guān)察到傳感器的輸出經(jīng)過(guò)標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)I2C格式(林昊忠,陳夢(mèng)琪,2021)。并配有一個(gè)全新設(shè)計(jì)的COMSEN芯片、通過(guò)對(duì)電容、電感等濾波、及放大元件的改動(dòng)，其性能的到了極大提升甚至超出了許多其他一般工業(yè)級(jí)傳感器的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行的其他一系列的改進(jìn)使其在高濕環(huán)境下的性能更加穩(wěn)定。在選擇數(shù)據(jù)分析方法時(shí)，本文不僅運(yùn)用了傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析手段，如描述性統(tǒng)計(jì)、回歸分析等，還引入了近年來(lái)快速發(fā)展的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和算法。比如，通過(guò)使用聚類(lèi)分析來(lái)識(shí)別數(shù)據(jù)中的潛在模式，或者借助決策樹(shù)算法來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)。這些先進(jìn)方法為深入理解復(fù)雜現(xiàn)象提供了強(qiáng)大助力，并有助于揭示海量數(shù)據(jù)背后隱藏的深層次關(guān)系。此外，本文還特別重視混合方法的應(yīng)用，即將定量研究與定性研究相結(jié)合，以獲取更全面的研究視角。每一個(gè)傳感器都經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)和測(cè)試。此外，SHT20的分辨率可以通過(guò)輸入命令進(jìn)行改變，傳感器可以檢測(cè)到電池低電量狀態(tài)，并且輸出校驗(yàn)和，有助于提高通信的可靠性。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊充分考慮了RS485總線(xiàn)防雷設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)，在長(zhǎng)距離傳輸時(shí),將模塊的接地端接入大地，可以起到很好的抗干擾和防雷的作用，使485總線(xiàn)更安全;室內(nèi)短距離傳輸時(shí)可以不接地?；谝陨涎芯坎捎脴?biāo)準(zhǔn)的2.54間距設(shè)計(jì)，方便二次開(kāi)發(fā)具有120歐匹配電阻，短接RO即可使能匹配電阻,長(zhǎng)距離傳輸時(shí)可短接（夏啟超，王立嘉，2024）。模塊采用的工業(yè)級(jí)芯片。與前文綜述中的成果相對(duì)比，本階段的研究成果和計(jì)算結(jié)果大體一致。首先，這表明本研究在方法論上是有效且可靠的。這種一致性既為先前研究的結(jié)論提供了佐證，也為現(xiàn)有理論框架注入了新的支撐力量。通過(guò)嚴(yán)密的研究架構(gòu)、數(shù)據(jù)采集以及分析手段，本文能夠復(fù)刻出前輩研究的關(guān)鍵成果，并順著這基礎(chǔ)往深了探究。這不僅讓研究假設(shè)更令人信服，也證明了選用研究法子的科學(xué)味兒。另外，這種一致給跨研究比較鋪了路，有助于拼湊出更全面、更系統(tǒng)的理論拼圖。具有正負(fù)15KV的ESD防護(hù)。芯片具有限擺率驅(qū)動(dòng)程序，極大的減少EMI影響,并減少由不恰當(dāng)?shù)慕K端匹配線(xiàn)纜引起的信號(hào)反射，從而使無(wú)差錯(cuò)信號(hào)傳輸率高達(dá)500Kbps。具有1/4單位負(fù)載的接收器輸入阻抗,支持多機(jī)通訊，允許接在多128個(gè)設(shè)備的總線(xiàn)上。針對(duì)這種狀況工業(yè)級(jí)芯片工作溫度可以達(dá)到-40℃至+85C。本模塊可以進(jìn)行熱插拔,不會(huì)出現(xiàn)其他485芯片熱插拔而出現(xiàn)的信號(hào)栓死現(xiàn)象。電源使用貼片擔(dān)電解電容，并使用雙電容進(jìn)行高低頻電源濾波。同時(shí)配置的前置放大器的設(shè)計(jì)要求是低噪聲，高增益，低輸出阻抗，大的動(dòng)態(tài)范圍，和較好的抗噪聲能力(胡澤楷,錢(qián)夢(mèng)潔,2018)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，得到溫濕度探測(cè)器對(duì)的環(huán)境溫濕度變化的響應(yīng)幅度值約為5%。因此所檢測(cè)的幅度變化范圍大約是3～5mv。在現(xiàn)實(shí)狀況下為使每次環(huán)境的信號(hào)變化傳感器都能檢測(cè)出信號(hào)變化，使之達(dá)到Modbus協(xié)議到轉(zhuǎn)TTL電平需求，實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)，必須對(duì)信號(hào)放大。因此采用切比雪夫二階運(yùn)算放大器進(jìn)行發(fā)大可以達(dá)到所需的增益。4.2EC600S單片機(jī)處理器電路EC600S-CN模塊采用ARMCortex-R5內(nèi)核的基帶處理器平臺(tái)，主頻最高可達(dá)624MHz。基于的應(yīng)用方案可在EC600S-CN模塊上應(yīng)用。該LTE模塊向后兼容GSM網(wǎng)絡(luò)，支持LTE-FDD、LTE-TDD、EDGE和GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)連接，模塊支持的頻段如下表所示(王曉宇,邱瑞婷,2022)：表4-1網(wǎng)絡(luò)制式頻段LTE-FDDB1/B3/B5/B8LTE-TDDB34/B38/B39/B40/B41GSM900/1800MHzEC600S-CN模塊具有緊湊封裝，僅為22.9mm×23.9mm×2.4mm，能滿(mǎn)足幾乎所有M2M應(yīng)用需求，關(guān)于此見(jiàn)內(nèi)情例如：自動(dòng)化領(lǐng)域、智能計(jì)量、跟蹤系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、路由器、無(wú)線(xiàn)POS機(jī)、移動(dòng)計(jì)算設(shè)備、PDA電話(huà)和平板電腦等。EC600S-CN是貼片式模塊，共有92個(gè)引腳，其中76個(gè)為L(zhǎng)CC引腳，其余16個(gè)為L(zhǎng)GA引腳(鐘睿哲,李明和,2020)。4.2.1主要性能（1）電路供電的模塊選用VBAT供電電壓范圍：3.4~4.5V，典型供電電壓：3.8V。（2）主要的LTE頻率特性選用可最大支持non-CACat1FDD和TDD支持1.4/3/5/10/15/20MHz射頻帶寬，LTE-FDD：最大下行速率10Mbps，最大上行速率5Mbps，LTE-TDD：最大下行速率7.5Mbps，最大上行速率1Mbps。（3）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持TCP/UDP/（夏啟超，王立嘉，2024）/NTP/NITZ/FTP/HTTP/PING/CMUX/HTTPS/FTPS/SSL/FILE/MQTT/MMS*/SMTP*/SMTPS*協(xié)議支持（夏啟超，王立嘉，2024）協(xié)議的PAP和CHAP認(rèn)證。（4）SIM接口支持(U)SIM/SIM卡：1.8V和3.0V。（5）USB接口符合USB2.0規(guī)范（只支持從模式），最大數(shù)據(jù)傳輸速率480Mbps用于A(yíng)T命令傳送、數(shù)據(jù)傳輸、軟件調(diào)試和軟件升級(jí)USB虛擬串口驅(qū)動(dòng)：支持Windows7/8/8.1/10、Linux2.6~5.4、Android4.x/5.x/6.x/7.x/8.x/9.x等操作系統(tǒng)下的USB驅(qū)動(dòng)(馮宇和,馬欣怡,2022)。（6）主串口性能用于A(yíng)T命令傳送和數(shù)據(jù)傳輸波特率默認(rèn)為115200bps，支持RTS和CTS硬件流控調(diào)試串口；用于Linux控制和日志輸出波特率為115200bps，輔助串口用于與外設(shè)通信，據(jù)此可知事情真相波特率為115200bps,可從SPI接口的數(shù)據(jù)輸入接口（SPI_RXD）及數(shù)據(jù)輸出接口（SPI_TXD）復(fù)用；也可從主串口的硬件流控接口（MAIN_CTS、MAIN_RTS）復(fù)用。（7）網(wǎng)絡(luò)指示NET_MODE和NET_STATUS引腳指示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。（8）主天線(xiàn)接口（ANT_MAIN）采用標(biāo)準(zhǔn)的50Ω特性阻抗。（9）芯片物理特征尺寸：(22.9±0.15)mm×(23.9±0.15)mm×(2.4±0.2)mm。（10）溫度范圍采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)正常工作溫度：-35°C~+75°C1)，擴(kuò)展工作溫度：-40°C~+85°C2)，存儲(chǔ)溫度：-40°C~+90°C（11）軟件升級(jí)可通過(guò)USB接口或FOTA*升級(jí)(何佳琪,張晨怡,2022)。4.3EC600S-CN4G通信模塊功能框圖及芯片圖圖4-1為EC600S-CN模塊的功能框圖，闡述了其如下主要功能：圖4-1模塊功能框圖 圖4-2位芯片分配的引腳圖： 圖4-2芯片引腳分配圖4.4開(kāi)發(fā)板各模塊電路圖（1）電源模塊EC600S-CN的VBAT引腳用于連接外部電源，可以分為兩個(gè)電壓域：VBAT_RF引腳用于給模塊的射頻供電和VBAT_BB引腳用于給模塊的基帶供電。為了減少電壓跌落，需要使用100μF濾波電容。同時(shí)分別給VBAT接口預(yù)留3個(gè)具有最佳性能的片式多層陶瓷電容，且電容靠近VBAT引腳放置。外部供電電源連接模塊時(shí)，在這種局面下同時(shí)VBAT的接口均采用星型走線(xiàn)。原則上，VBAT走線(xiàn)越長(zhǎng)，線(xiàn)寬越寬(任濤濤,柳菲菲,2022)。另外，為了保證電源穩(wěn)定，建議在電源前端加VRWM=4.7V、低鉗位電壓和高反向脈沖電流管。電路如下：圖4-3系統(tǒng)供電電路（2）系統(tǒng)開(kāi)關(guān)模塊當(dāng)EC600S-CN模塊處于關(guān)機(jī)模式，可以通過(guò)拉低PWRKEY至少500ms使模塊開(kāi)機(jī)。使用開(kāi)集驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制PWRKEY引腳。在STATUS引腳輸出高電平之后，可以釋放PWRKEY引腳。電路如下： 圖4-4系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電路由于74HC148的輸出端不是三態(tài)門(mén)，不能直接連接在一起。而把5片74HC148的同名輸出端接到74LS30（8輸入的與非門(mén)）取與非便可以解決這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)輸出取反，輸出為邏輯1有效。為使高三位輸出與低三位輸出一致，用CD4049反相器對(duì)高三位取反(孫俊杰,趙慧敏,2022)。在理論框架的驗(yàn)證與修正過(guò)程中，本文獲取了大量且詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料。這些數(shù)據(jù)不僅覆蓋了廣泛的研究對(duì)象，還跨越了不同的時(shí)間點(diǎn)和社會(huì)背景，為理論框架的全面驗(yàn)證提供了有力支持。借助統(tǒng)計(jì)分析工具對(duì)量化數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能夠有效檢驗(yàn)原理論框架中的各項(xiàng)假設(shè)，并發(fā)現(xiàn)其中的不足之處。后續(xù)研究將考慮引入更多變量或使用更大規(guī)模的樣本，以進(jìn)一步提升理論框架的解釋力和預(yù)測(cè)能力。（3）系統(tǒng)開(kāi)關(guān)模塊模塊的復(fù)位電路采用專(zhuān)用引腳按鍵復(fù)位。拉低復(fù)位引腳一段時(shí)間后可使模塊復(fù)位。復(fù)位電路與控制電路類(lèi)似，這在一定程度上體現(xiàn)使用開(kāi)集驅(qū)動(dòng)電路或按鈕控制復(fù)位引腳。電路圖如下：圖4-5系統(tǒng)復(fù)位電路（4）系統(tǒng)開(kāi)關(guān)模塊EC600S-CN系統(tǒng)模塊提供一個(gè)SIM接口，SIM接口符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，支持1.8V和3.0VSIM卡。為防止信號(hào)間的相互串?dāng)_，兩者布線(xiàn)預(yù)留了一定安全距離，并且在兩條走線(xiàn)之間增加了屏蔽。在模塊和SIM卡之間串聯(lián)了0Ω的電阻便于調(diào)試。在線(xiàn)上并聯(lián)33pF電容用于濾除EGSM900頻段干擾。SIM卡的外圍器件靠近SIM卡座擺放。電路圖如下： 圖4-6系統(tǒng)SIM卡配置電路（4）音響功率放大器電路系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板集成了AW8733ATQR音響功率放大器。該功放芯片是K類(lèi)音響功率放大器,具有超強(qiáng)TDD抑制、超大音量、防破音、超低EMI、輸出功率2.0W的特點(diǎn)。使用該芯片后，開(kāi)發(fā)板可以推動(dòng)至多3W的喇叭。通過(guò)階段性研究的總結(jié)，對(duì)下文有啟發(fā)，先看研究方法，能發(fā)現(xiàn)優(yōu)化改進(jìn)之處。過(guò)往研究積累的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，讓有效方法與需調(diào)整的手段明確。例如數(shù)據(jù)收集，可更重視樣本多樣性和代表性，確保樣本反映目標(biāo)群體特征。針對(duì)不同研究問(wèn)題，靈活運(yùn)用多種數(shù)據(jù)收集技術(shù)，提高數(shù)據(jù)全面性和可靠性。4.5系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板電路本設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)都是基于QuecPython移遠(yuǎn)公司的EC600-S開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)并完成設(shè)計(jì)的，這在一定程度上暗示開(kāi)發(fā)板配備各種系統(tǒng)所必須的完整電路，例如電源、復(fù)位、SIM接口、音頻功率放大、TTL串口電路、開(kāi)關(guān)、按鍵等等必須電路。此外，還外接了RS485溫濕度傳感器以及RS485轉(zhuǎn)TTL電平模塊，及一個(gè)功率為3W的音頻喇叭。開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖如下(陳子赫,王佳怡,2020)：系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板提供的SIM卡接口需插入可接通4G網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的SIM卡，從而可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)用4G網(wǎng)絡(luò)的對(duì)接，依據(jù)這些表現(xiàn)可以推測(cè)出結(jié)論通過(guò)指定的協(xié)議便可實(shí)現(xiàn)與各網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)4G物聯(lián)網(wǎng)的功能，進(jìn)而和云平臺(tái)完成數(shù)據(jù)的交換與互通，從而為實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)提供了可能的途徑。

5軟件設(shè)計(jì)5.1總體方案該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是基于嵌入式的編程系統(tǒng)。主要是在移遠(yuǎn)公司的EC600S—CN開(kāi)發(fā)板上使用Python語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和程序設(shè)計(jì)，是一個(gè)類(lèi)似于嵌入式單片機(jī)的MicroPython程序設(shè)計(jì)。對(duì)于MicroPython的程序設(shè)計(jì)，由于采用目前最強(qiáng)大的Python語(yǔ)言進(jìn)行編程，因此程序整體的可讀性較強(qiáng)。編譯器采用VisualStudio編寫(xiě)。該編譯器可編寫(xiě)各類(lèi)語(yǔ)言的程序，是各種編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)的常用工具。開(kāi)發(fā)板的程序燒入及調(diào)試軟件采用移遠(yuǎn)公司自主開(kāi)發(fā)的MicroPython系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板專(zhuān)用的QYCOM程序燒入及調(diào)試軟件。具有各種完善的功能(曹思遠(yuǎn),趙交,2023)。5.2程序流圖初試參數(shù)配置初試參數(shù)配置多線(xiàn)程函數(shù)多線(xiàn)程函數(shù)音頻播放進(jìn)程云平臺(tái)連接進(jìn)程傳感器數(shù)據(jù)采集進(jìn)程音頻播放進(jìn)程云平臺(tái)連接進(jìn)程傳感器數(shù)據(jù)采集進(jìn)程指令數(shù)據(jù)互通指令數(shù)據(jù)互通數(shù)據(jù)回傳下發(fā)命令數(shù)據(jù)回傳下發(fā)命令播放音樂(lè)云平臺(tái)傳感器采集數(shù)據(jù)播放音樂(lè)云平臺(tái)傳感器采集數(shù)據(jù)圖5-1系統(tǒng)流程圖5.3模塊說(shuō)明（1）主程序：_thread.start_new_thread(uartrun,())#傳感器驅(qū)動(dòng)程序、云平臺(tái)連接進(jìn)whileTrue:#程函數(shù)c.wait_msg()#阻塞函數(shù)，監(jiān)聽(tīng)消息ifflag==0:break（2）傳感器驅(qū)動(dòng)進(jìn)程程序(巢綜和，閔成婷,2022)：defuartrun():globalflag #傳感器驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)或結(jié)束標(biāo)志參數(shù)globaltemp #溫度數(shù)據(jù)參數(shù)globalhumid #濕度數(shù)據(jù)參數(shù)state=1 #串口通信數(shù)據(jù)發(fā)送接收參數(shù)globalx,xxuart=UART(UART.UART2,9600,8,0,1,0)#串口功能定義函數(shù)write_msg=bytearray([0x01,0x04,0x00,0x01 #Modbus協(xié)議讀,0x00,0x02,0x20,0x0B]) #取溫濕度數(shù)據(jù)格式foriinrange(400): #傳感器讀取數(shù)據(jù)循環(huán)ifflag==0:breakuart.write(write_msg) #串口發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)j=0while1:#返回是否有可讀取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度msgLen=uart.any()j+=1#當(dāng)有數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行讀取ifmsgLen:msg=uart.read(msgLen)#初始數(shù)據(jù)是字temp=float(msg[3]*256+msg[4])/10.0#節(jié)類(lèi)型（bytes）,humid=float(msg[5]*256+msg[6])/10.0#將字節(jié)類(lèi)print("temp%.1f℃humidity%.1f%%"#型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼%(temp,humid))breakelifj>10000:#設(shè)置一個(gè)判斷讀取時(shí)間函數(shù)防止讀取break#時(shí)間超時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)崩壞else:continue utime_sleep(1)#設(shè)置讀取間隔為每秒一次 flag=0（3）云平臺(tái)連接函數(shù)：c=MQTTClient("689614986","9",6002,"406861","test(孫俊杰,趙慧敏,2022)w",60)c.set_callback(sub_cb) #設(shè)置消息回調(diào)c.connect() #建立連接json_data={ #OneNET數(shù)據(jù)點(diǎn)報(bào)文格式"datastreams":[ #表示上傳為數(shù)據(jù)點(diǎn) { "id":"abcd", "datapoints":[ { "value":humid #表示上傳數(shù)據(jù)為濕度 } ] }, { "id":"topic1", "datapoints":[ { "value":temp #上傳數(shù)據(jù)為溫度 } ] } ]}s=ujson.dumps(json_data) #將上傳的報(bào)文轉(zhuǎn)換為字符串defbuild_payload(type,payload): #將上傳報(bào)文的二進(jìn)制打包轉(zhuǎn)換為(巢和偉，閔麗雅,2022)datatype=type #二進(jìn)制上傳packet=bytearray()packet.extend(ustruct.pack("!B",datatype))ifisinstance(payload,str):udata=payload.encode('utf-8')length=len(udata)packet.extend(ustruct.pack("!H"+str(length)+"s",length,udata))returnpacketc.publish(b"$dp",build_payload(0x01,s)) #數(shù)據(jù)上報(bào)函數(shù)（5）音頻文件播放函數(shù)defmusicrun(t,h): #音頻播放函數(shù)globalx,xx #設(shè)定的溫濕度數(shù)據(jù)閾值ifh>60andx==0: #濕度數(shù)據(jù)超過(guò)閾值播放音樂(lè)1aud.play(2,0,"U:/music2.mp3")x=1elifh<60:x=0ift>27andxx==0: #溫度數(shù)據(jù)超過(guò)閾值播放音樂(lè)2aud.play(2,0,"U:/music1.mp3")xx=1elift<27:xx=0（6）云平臺(tái)下發(fā)命令判斷函數(shù)：defsub_cb(topic,msg): #接收云平臺(tái)消息函數(shù)globalstate #設(shè)置接收標(biāo)志globalvglobalflag #接收完成標(biāo)志mqtt_("SubscribeRecv:Topic=,Msg=".format(topic.decode(),msg.decode())) #設(shè)置接收日志函數(shù)ifmsg.decode()=='up': #判斷接收內(nèi)容v=v+2aud.setVolume(v) #up為加大音樂(lè)音量ifmsg.decode()=='down':v=v-2aud.setVolume(v) #減小音樂(lè)音量ifmsg.decode()=='test':aud.play(2,1,"U:/music1.mp3") #測(cè)試播放音樂(lè)功能ifmsg.decode()=='test2':aud.play(2,1,"U:/music2.mp3")ifmsg.decode()=='exit': #斷開(kāi)與云平臺(tái)的連接flag=0

6制作與調(diào)試6.1硬件電路的接線(xiàn)與調(diào)試6.1.1總體特點(diǎn)本4G通信系統(tǒng)所涉及的硬件電路均為成品模塊，總體的特點(diǎn)是：（1）電路原理簡(jiǎn)單，所選一系列器件的均為常用元件。（2）由于本系統(tǒng)均采用成品開(kāi)發(fā)板以及成品傳感器及各功能模塊，因此硬件電路均采用杜邦線(xiàn)連接對(duì)應(yīng)的接口，電路規(guī)模較小，功能均集成在開(kāi)發(fā)板上。因此，硬件電路系統(tǒng)功能完善，性能好，防干擾性較強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性好。6.2軟件代碼功能編寫(xiě)本系統(tǒng)的軟件部分采用Python語(yǔ)言進(jìn)行編程，由于Python語(yǔ)言各種強(qiáng)大的功能性，因此軟件代碼部分編寫(xiě)的非常簡(jiǎn)潔且易讀。在這樣的背景下系統(tǒng)的功能完善度極高，且時(shí)間空間復(fù)雜度均保持在較低的部分。程序運(yùn)行過(guò)程非常流暢(李浩然,周雅婷,2022)。關(guān)于研究過(guò)程里誤差的拿捏，本文依靠一系列嚴(yán)密的辦法和舉措，來(lái)確保數(shù)據(jù)的無(wú)誤性以及成果的穩(wěn)固性。通過(guò)精心炮制了詳盡的研究規(guī)劃，并且針對(duì)那些可能制造誤差的各類(lèi)緣由，進(jìn)行了全方位的分析與評(píng)判。這囊括但不限于周遭環(huán)境變量、人為操作的差別之處，以及數(shù)據(jù)裝備的精準(zhǔn)度等?？恐捎脴?biāo)準(zhǔn)化的操作程序與技術(shù)手段，來(lái)確保數(shù)據(jù)的齊一性與可重復(fù)性。為了持續(xù)提高數(shù)據(jù)的質(zhì)地，還實(shí)施了雙重?cái)?shù)據(jù)錄入和相互驗(yàn)證的機(jī)制，從而有效規(guī)避由于人為疏忽或輸入謬誤引發(fā)的數(shù)據(jù)偏離。在嵌入式軟件代碼調(diào)試過(guò)程中，均采用實(shí)物與理論相結(jié)合的方式進(jìn)行調(diào)試，因此調(diào)試效果非常理想，對(duì)于調(diào)試過(guò)程遇到的問(wèn)題都能通過(guò)程序流程通過(guò)理論與實(shí)際問(wèn)題得到解決。6.3調(diào)試（1）在第一次使用VisualStudio編輯器時(shí)，由于之前沒(méi)有使用類(lèi)似編輯器的經(jīng)驗(yàn)，因此在代碼編寫(xiě)以及調(diào)試過(guò)程中遇到很多麻煩，基于以上研究不過(guò)通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)上閱讀一些參考資料，學(xué)習(xí)相關(guān)軟件的教學(xué)視頻可以輕松解決。之后在對(duì)程序代碼燒入開(kāi)發(fā)板的階段，發(fā)現(xiàn)電腦并未識(shí)別到開(kāi)發(fā)板的接口，通過(guò)與開(kāi)發(fā)板企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行交流后，發(fā)現(xiàn)原因是開(kāi)發(fā)板插上電之后必須手動(dòng)長(zhǎng)按電源按鍵來(lái)開(kāi)機(jī)，識(shí)別開(kāi)發(fā)板USB文件收發(fā)串口后，針對(duì)這種狀況對(duì)開(kāi)發(fā)版進(jìn)行初始的固件包更新，便可對(duì)編寫(xiě)的代碼程序進(jìn)行實(shí)物的燒入與調(diào)試(周宇輝,馬敏珊,2021)。（2）由于與云平臺(tái)的連接使用的是標(biāo)準(zhǔn)的MQTT協(xié)議，因此需要云平臺(tái)服務(wù)器提供自己的端口號(hào)、設(shè)備號(hào)、服務(wù)器ID、產(chǎn)品鑒別碼、以及服務(wù)器的IP地址等，獲取到這些數(shù)據(jù)后，在現(xiàn)實(shí)狀況下系統(tǒng)只能與云平臺(tái)進(jìn)行連接，而并不能完成數(shù)據(jù)的上報(bào)和下發(fā)，通過(guò)OneNET云平臺(tái)提供的使用說(shuō)明可以找到相關(guān)的數(shù)據(jù)上報(bào)報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)及格式標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)如果要使用數(shù)據(jù)點(diǎn)上報(bào)的話(huà)必須使用json的報(bào)文格式，同時(shí)必須在數(shù)據(jù)幀之前加上報(bào)文頭即上報(bào)的格式ID以及字節(jié)長(zhǎng)度，同時(shí)還必須將報(bào)文轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)據(jù)幀格式上報(bào)，因此通過(guò)協(xié)議內(nèi)容，關(guān)于此見(jiàn)內(nèi)情完成對(duì)數(shù)據(jù)格式的編寫(xiě)，以及最后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后，終于實(shí)現(xiàn)了與云平臺(tái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)上報(bào)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了云平臺(tái)的指令下發(fā)，通過(guò)理論與實(shí)物相結(jié)合使問(wèn)