物联网电饭锅APP的设计

　　摘要：在OneNET云平台的基础上，运用Delphi设计物联网电饭锅APP，并用网络调试助手NetAssist模拟电饭锅，使APP具有远程监控电饭锅状态和余米量的功能，同时可实现远程操控电饭锅自动下米、自动加水、自动洗米、自动煮饭等。该产品具有响应速度快、高效，运行平稳，准确性高等特点。

　　关键词：物联网；OneNET；Delphi；电饭锅

　　中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）01-00-04

　　0引言

　　据调查，市面上最新、最智能的电饭锅的功能与传统电饭锅相比，除常用的预约功能外，还提供了互联网+的煮饭监控。电饭锅定时预约煮饭时，需要事先把大米洗干净并配好水，但大米长时间在水中浸泡影响了米饭的口感[1]。而利用手机APP控制物联网智能电饭锅，可以自动下米、洗米，且此类电饭锅尚未上市。因此，物联网智能电饭锅具有巨大的市场潜能。

　　1系统总体结构

　　系统主要分为APP终端模块、云平台、电饭锅模拟模块三部分，利用TCP/IP网络传输协议实现APP、硬件模拟模块与云平台之间的数据传送与命令下发，其网络拓扑结构如图1所示。在APP确认电饭锅设备在线后，开始工作，远程获得储米箱的余米量，用户可在APP选择下米量和做饭模式，侦测电饭锅做饭的各种状态，直到煮饭完成，其工作流程如图2所示。若离线，则APP无法使用。

　　与传统电饭锅相比，本文系统多了手机和云平台数据的控制与检测。使用者只需用手机点击APP发送命令，就能实时监控电饭锅的状态。其主要实现步骤如下：

　　（1）把适量的大米存在储米箱，当普通米缸使用。

　　（2）家里或工地上的电饭锅通过WiFi模块连接云平台。

　　（3）在手机APP的主菜单页面查询余米量，选择下米量，点击相应的煮食模式，APP将该功能发送至云平台，电饭锅接收指令。

　　（4）电饭锅接收到指令后开始动作，且把每个操作步骤和做饭状态反馈至APP，实现电饭锅状态的远程智能化监控[2]。

　　2OneNET云平台的搭建

　　OneNET是中国移动自主研发的物联网开放云平台，全面支持NB-IoT设备接入，提供智能家电行业套件解决方案、视频能力服务和图形化应用开发工具，进一步整合产业链上下游资源，助力物联网生态圈构建[3]。搭建方法如下：

　　（1）注册并登录OneNET，进入开发者中心界面，点击创建产品选项。产品创建名称为EDP电饭锅，产品行业为智能家居，选择设备接入方式为公开协议，联网方式为WiFi。设备接入协议EDP[4]（Enhanced Device Protocol，EDP），使创建的“EDP电饭锅”产品具有上报传感器数据点和接收实时命令的功能。

　　（2）打开公开协议产品界面，点击EDP电饭锅产品进入产品概况详细页，创建一个新设备EDP1，创建设备成功后，可在此页面获取设备信息：产品ID、用户ID、APIKey、设备接入协议、产品概要分析、设备趋势分析和数据点上传分析。其中，APIKey在设备创建时自动生成，可默认关联任何设备。

　　（3）利用平台提供的EDPSDK，开展和接入服务器的TCP连接，实现EDP协议，用于上报业务数据点。官方网站的协议说明为《设备终端接入协议-EDP》。若要实时接收业务层下发的控制命令，则需保持EDP长连接，而且利用开放的API接口可自定义实现业务平台。可通过EDP 协议的RESTFUL API操作OneNET提供的资源，如设备增删改查、数据流创建、数据点上传、命令下发等，实现简单调用、快速生成应用[4]。EDP服务器地址域名为jjfaedp.hedevice.com，端口号为876。

　　3物联网APP的开发工具

　　3.1可视化的集成开发环境

　　Delphi是Pascal项目的一个分支，基本语言还是Pascal语言[5]，核心是Object Pascal的集成开发环境（IDE）[6]，其最大优点是作为一个面向对象设计为中心的开发工具，采用图形用户界面作为开发环境，使用类库和IDE，VCL工具编译器，大大提高了开发效率。

　　3.2控件与过程

　　（1）常用控件。Delphi使用VCL可视组件库，在窗体设计器右下方找到组件面板，按组件的不同特点和用户需求分门别类，可选择的控件有TButton，TGroupBox，TExit，TLable，TImage……分别称之为按钮、分组框、文本编辑、标签编辑和插入图片等。StyleBook样式是一种皮肤，也称做“样式”或“风格”，包含很多具有动画效果的动作，增强了用户界面体验[7]。

　　（2）procedure过程：一类为标准过程；另一类为自定义过程。在本文设计中，中间部分的语句以begin开始、end结束，与C语言编程类似，但procedure过程没有返回值。本文使用的标准过程、自定义过程有表单创建过程、表单结束过程、按钮过程、扫描接收过程、定时器定时使用过程等[8]。

　　3.3APP的主要功能

　　进入物联网电饭锅APP主界面后，可看到有6种做饭模式，其界面显示如图3所示。

　　（1）检测电饭锅设备状态

　　当电饭锅断电或未成功连网时，设备状态显示离线；反之，则显示在线。只有电饭锅设备状态显示在线时，APP的整体功能才被启动。侦查设备状态的功能运用了TjsonObject类，获取从OneNET返回的Json数据，提取需要的设备状态Status。

　　（2）获取余米量，发送下米量

　　从OneNET云平台获取余米量的数值后，在Delphi的程序中通过Json单元提取需要的字符串（单位：g）；为了获得更好的用户体验，把获得的字符串转换成浮点型，再除以500得到以斤为单位的数值。另外，在电饭锅完成煮饭后，OneNET会再次返回储米箱的余米量显示给用户。

　　硬件模块的生产需求规定：下米量为150 g（3两）的倍数，因此设计下米量的单位为两，用户能直观地输入下米量。若未填写下米量，则米量组的 “发送”按钮会变成灰色不可用，并弹出对话框“is not a valid interger value”提醒用户输入需要煮饭的米量。

　　（3）选择模式，查看做饭状态

　　供选择的模式为保温/取消、标准、超快、蒸煮、煲汤、煮粥/稀饭。这些模式综合了市场上各种电饭锅的功能，在硬件水平设施能够实现的基础上设定。

　　电饭锅的做饭状态为洗米中、洗米完成、煮饭中、煮饭完成。当用户选好做饭模式，填好下米量后，点击“发送”按钮，电饭锅动作、下正确的米量、喷水洗米，进入“洗米中”状态；洗米完成后为“洗米完成”状态；之后电饭锅自动进入“煮饭中”状态，数据上传至OneNET，手机APP定时扫描云平台，监控电饭锅状态，直到进入“煮饭完成”状态。

　　4通信协议数据格式

　　为了实现电饭锅和手机APP通信的数据准确性和设备的精准控制，本文设计了一套完整的电饭锅通信协议，实现无线传感网数据的封装[9]。

　　4.1连接请求和连接响应

　　（1）连接请求是指电饭锅在通电以后，通过一段数据包连接OneNET云设备。

　　连接请求包含消息头、选项和消息体三部分。选项包括协议名称、协议版本、连接标志、保持连接时间。消息体包含设备ID、鉴权信息，内容均为长度+内容的字符串格式，设备ID必须传递。数据格式如下：

　　消息类型+剩余字节长度+选项1：协议描述+选项2：协议版本+选项3：连接标志+选项4：保持时间+设备ID字节长度+设备ID+ API字节长度+ API

　　（2）连接响应是电饭锅连接请求返回的数据，也是OneNET云平台的自带协议。

　　连接响应报文包含消息头与2个必选项。其中，选项包括1 B响应标志和1 B返回码选项。数据格式如下：

　　消息类型+剩余字节长度+选项1：标志+选项2：返回码

　　4.2电饭锅数据发送和APP数据接收

　　（1）电饭锅转发数据的实质是向OneNET云平台存储数据。该消息是从设备到云平台发送的数据，由消息头、1个选项和消息体组成，其中选项标志位必填，其他根据标志位选填。消息体选择type=5的数据结构，为自定义间隔字符串格式，消息编号是一个零值。服务器收到此消息后，不会响应一个SAVE_ACK消息。数据格式如下：

　　消息类型+剩余字节长度+数据结构类型+剩余字节长度+内容（数据固定五位数）

　　（2）当电饭锅把数据存储在OneNET后，APP在定时器定时扫描的作用下获取变化的数值。APP接收的数据通过调用设备API服务读取，数据结构为Json格式[10]。

　　4.3APP命令下发和电饭锅数据接收

　　（1）APP命令下发的实质是移动终端通过OneNET云平台对电饭锅进行数据透传。本文设计命令下发内容为：煮食方式+下米量。其中，每种煮食选择方式对应的模式见表1所列。

　　表1煮食方式及对应的模式

　　选择方式 模式

　　标准 A

　　超快 B

　　蒸煮 C

　　煲汤 D

　　保温/取消 E

　　煮粥/稀饭 F

　　在标准模式下发送下米量，使用重复校验法把做饭方式和下米量重复发送两次，保证数据的准确性，其具体发送方式见表2所列。在超快、蒸煮、煲汤、保温/取消、煮粥/稀饭等模式下，下米量的发送亦如此。

　　表2标准模式下米量的发送

　　APP下米量发送/两（十进制） 电饭锅接收（十六进制）

　　3 A3A3

　　6 A6A6

　　9 A9A9

　　12 A

　　15 A？A？

　　18 ABAB

　　与APP数据接收一样，调用API服务发送命令给电饭锅，数据结构同样为Json格式。

　　（2）在APP选择和点击确认后，OneNET云平台下发命令，电饭锅接收到一串数据包，格式为《设备接入终端协议-EDP》下消息类型的5.7命令请求，该消息由服务器发往客户端，以执行指定的命令。

　　4.4心跳请求和心跳响应

　　心跳请求：确保电饭锅和OneNET进行长连接，时间约为2 min，只有消息头，由电饭锅发送至OneNET服务器，数据格式为C0 00。

　　心跳响应：在心跳请求后，若成功，则OneNET会有响应。该消息从OneNET服务器返回电饭锅，数据格式为D0 00。

　　在APP电饭锅的程序里，每隔3 min发送一次心跳请求，确保电饭锅与OneNET保持长连接。

　　5功能调试与实现

　　5.1网络调试助手NetAssist设置

　　NetAssist模拟电饭锅硬件连接OneNET，根据官网上提供的《设备接入协议-EDP》，设置NetAssist 的协议类型为TCP Client。本地主机地址设置为电脑本地IP地址，远程主机地址设置为EDP服务器IP地址180.230.40.39，端口号为876。若点击连接后对话框变为红亮，则NetAssist连接成功。

　　5.2设备状态检测

　　根据上文设计的通信协议数据格式，电饭锅连接OneNET上的设备号为4091736，APIKey为8Ex1CCrRNYoxBLj2IlYWx10Jn0w=的设备， 因此网络调试助手NetAssist发送的数据包为：

　　10 30 00 03 45 44 50 01 40 01 00 00 07 34 30 39 31 37 33 36 00 1C 38 45 78 31 43 43 72 52 4E 59 6F 78 42 4C 6A 32 49 6C 59 57 78 31 30 4A 6E 30 77 3D

　　在NetAssist上响应20 02 00 00，OneNET显示在线， APP页面显示设备状态，此时表明连接成功。

　　5.3数据发送与接收

　　（1）发送与接收余米量。在电饭锅启动和电饭锅煮饭完成后，电饭锅都向OneNET平台返回一次余米量。现假设电饭锅硬件的储米箱米量为1 123 g，根据上文设计的电饭锅数据发送协议，发送的数据格式为“，；rice，01123”。其中，rice是余米量对应的数据流；01123是固定发送的5位数据，因此在1123前添加0，变成01123。

　　数据包为：80 10 00 05 00 0C 2C 3B 72 69 63 65 2C 30 31 31 32 33

　　在OneNET上的rice数据流中能看到数据01123，表明电饭锅发送数据成功。电饭锅发送余米量后，在APP界面显示接收余米量的数据。

　　（2）发送与接收做饭状态。在电饭锅做饭的四个过程中，每个过程完成后都发送其状态，告知APP其状态并显示在页面上。其中，“洗米中”发送“AA”；“洗米完成”发送“BB”；

　　“煮饭中”发送“CC”；“煮饭完成”发送“DD”，发送的数据格式为“，；status，AA”。

　　以上四种情况的数据包分别为：

　　洗米中：80 0F 00 05 00 0B 2C 3B 73 74 61 74 75 73 2C 41 41；

　　洗米完成：80 0F 00 05 00 0B 2C 3B 73 74 61 74 75 73 2C 42 42；

　　煮饭中： 80 0F 00 05 00 0B 2C 3B 73 74 61 74 75 73 2C 43 43；

　　煮饭完成：80 0F 00 05 00 0B 2C 3B 73 74 61 74 75 73 2C 44 44。

　　（3）APP做饭命令下发与确认：做饭方式+下米量。根据用户需求和电饭锅硬件条件，输入下米量为3两的倍数即可，现假设为12两，以选择的做饭方式为标准，根据本文设计的数据通信协议，APP命令下发采用重复校验法，发送数据“A

　　同时，网络调试助手NetAssist接收的命令如下：

　　A0 2E 00 24 66 66 39 30 38 64 37 35 2D 39 63 32 66 2D 35 35 34 65 2D 39 61 64 64 2D 65 31 33 33 37 62 31 65 32 35 33 32 00 00 00 04 41 3C 41 3C

　　电饭锅通过对数据进行解析，选取有用的数据：41 3C 41 3C。其他做饭方式和下米量的选择操作方法相同，只要在APP和NetAssist出现以上信息，即表明APP成功对电饭锅下发命令。

　　5.4心跳包

　　由于电饭锅使用网络调试助手NetAssist模拟，因此无法使用程序控制定时发送心跳请求。在本文设计中，需手动大约2 min发送一次心跳请求，数据包为C0 00，维持电饭锅与OneNET平台的长连接。若确保心跳响应为D0 00，则表明电饭锅长连接能保持，EDP电饭锅设备一直显示在线。

　　6结语

　　本文借助OneNET平台的EDP协议，设计了基于Delphi的可视化电饭锅APP，完成了传送数据包、分析Json数据、获取Json有用元素的系统设计。通过测试表明，该系统运行稳定，数据传输准确，发生重传的几率低，可应用于对物联网电饭锅的控制。

　　参考文献

　　[1]刘意期，彭一航，龙世瑜，等.基于物联网+电饭锅的设计[J].福建电脑，2017，33（9）：8-9，14.

　　[2]朱璟，李世国.物联网环境下的新型智能家电之设计思考[J].包装工程，2010，31（16）：70-73.

　　[3]中移物联网开放平台NB IoT设备接入[OL].[2017-08-03].https：//open.iot.10086.cn/bbs/forum.php.

　　[4]彭小红，邢旭峰，曾宏俊.基于OneNet物联网云平台的智能养殖系统[J].现代计算机（专业版）. 2017（31）：67-72.

　　[5]黄毅.基于Delphi的发动机测试系统开发[D]. 合肥：合肥工业大学，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.统一信息网空间数据通信传输协议研究[D]. 重庆：重庆大学，2014.

　　[10]于京，詹晓东.一种基于Json格式的生产线数据采集系统模型

　　[J].制造业自动化，2012，34（3）：154-155.

　　梁启文，龙世瑜，邓嘉慧，杨金华

　　（岭南师范学院信息工程学院，广东湛江524048）