物联网手持移动终端开发与应用卓享科技思必拓物联43.docx
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物联网手持移动终端开发与应用卓享科技思必拓物联43
物联网手持移动终端开发与应用卓享科技思必拓物联43
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/连续教育学院
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，除了文中专门加以标注和致谢中所排列的内容以外，论文中不包含其他人差不多发表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奉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假设有不实之处，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
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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，承诺学位论文被查阅和借阅；学校能够公布学位论文的全部或部分内容，能够承诺采纳影印、缩印或其它复制手段储存、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畴，适用本授权书。
本人签名：
日期：
导师签名：
日期：
摘要
物联网〔IOT〕是继运算机、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进展和产业变革的重要力量，开发应用前景庞大。
本文第一介绍了物联网的概念、差不多内涵和特点、物联网技术和差不多应用；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状的对应关系，介绍了终端设备产品的市场定位与一样的服务模式；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、低功耗系统电源治理和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〔简称〝卓享科技〞geofanci〕注册商标，意为思索必先开拓，思必拓用心移动物联网。
本文作者邵九洲为卓享科技创始人和执行董事。
Abstract
InternetofThings〔IOT〕isanotherwaveofnewinformationtechnologyoftheworldinformationindustryafterthecomputer,Internetandmobilecommunicationnetwork.Itisalarge-scaleupdateinapplyinginformationtechnologyinthefieldofhumanlifeandproductionservices.IOTtechnologyhasbecomeanimportantforcetomakevariousindustriesmoreefficientanditsaccordingmarketprospectsarehuge.
Thispaperfirstlyintroducestheconcept,basiccharacteristics,technologyandapplicationofIOT.Secondly,theproductdefinitionanddesignmethodofIOThand-heldmobiledevicesisanalyzed,differenttypesofproductsfordifferentapplicationfields.Then,theEmbeddedsystemandcircuitdesignmethodofIOThand-heldmobiledevicesisstudied,including3GandWi-Fiwirelesscommunication,CodeIdentificationof1Dand2Dbarcode,HFandUHFRFIDandGPStechnology.Finally,takepracticalIOTsystemsforexample;thepaperstudiestheapplicationandsolutionsofIOThand-heldmobiledevices.ThispaperaimstoprovidereferenceforthedesignandapplicationofmobiledatanodesofIOT.
Keywords:
InternetofThings,WirelessSensorNetworks,Handheldmobiledevices,PersonalDigitalAssistant,RadioFrequencyIdentification.
名目
第一章绪论
一.1物联网概述
物联网〔TheInternetofthings〕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，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和治理的一种网络[1]-[5]。
图1-1物联网示意
〝物联网〞起源于射频识别技术〔RadioFrequencyIdentification，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，以达到操纵、指挥的目的。
所谓〝泛在网〞，也确实是无所不在的网络社会，包括现在和以后的所有的网络互联、互通和共融。
〝聪慧地球〞的核心，确实是〝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〝聪慧地球〞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、全国工业过程测量和操纵标准化技术委员会共同倡导并发起[10][11]。
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，加快制定符合我国进展需求的物联网技术标准，为政府部门的物联网产业进展决策提供全面的技术和标准化服务支撑；紧紧围绕物联网进展需求，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制定，同时积极参与相关国际标准的制定，以把握进展的主动权[11]。
现在，物联网被看作是推动信息领域的一次重大进展和变革机遇，世界先进国家都对物联网技术进展高度重视，能够说物联网的广泛应用是继运算机、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，应用创新是物联网进展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网进展的灵魂[12]。
一.2差不多内涵和差不多特点
物联网确实是〝物物相连的互联网〞，第一，物联网的核心和基础仍旧是互联网，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庞大网络[13]。
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、治理和操纵。
和传统的互联网相比，物联网有其鲜亮的特点[27][28]：
第一，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，每个传感器差不多上一个信息源，不同类别的传感器所捕捉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，为了保证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操纵。
物联网将传感器和智能处理相结合，利用云运算、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，发觉新的应用领域和应用模式。
那个地点的〝物〞要满足以下条件才能够被纳入〝物联网〞的范畴：
1、要有相应信息的接收器；
2、要有数据传输通路；
3、要有一定的储备功能；
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独编号。
一.3物联网的应用
目前，物联网最初的研发方向要紧是条形码、RFID等技术在商业零售、物流领域应用，而随着RFID、传感器技术、近程通信以及运算技术等的进展，近年来其研发、应用开始拓展到环境监测、生物医疗、智能基础设施等领域[14]-[23]。
就目前而言，物联网的许多相关技术仍在开发测试时期，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，物联网的应用要紧有智能交通中的电子车牌及电子不停车收费系统〔ETC〕、智能电网、智能医疗的医疗监护、聪慧都市、环境爱护等方面[29]-[35]。
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，公安交通治理部门应用该技术，能精确、全面地猎取交通信息，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、配电网现场作业治理，以及智能巡检也充分利用各类传感和识别技术。
图1-3实时都市治理与整合的公共服务
在智能医疗的医疗监护应用中，医疗监护人身上能够安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，同时实时传送到相关的医疗保健中心，假如有专门，保健中心通过手机，提醒您去医院检查躯体，达到实时监测、智能分析、自动预警。
在聪慧都市的、平安都市建设的应用中，利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏锐性智能分析并与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都市生活环境。
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，如此各种治疗活动就能够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，医院能够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，大夫能够通过参考患者完整的病史为其做出准确的诊断和治疗。
环境爱护应用中，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形，生活环境-水质、大气、电磁辐射、噪声、降水、土壤、地质灾难检测等。
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，电力提供商能够突破〝传统〞网络的瓶颈，而直截了当转向能够主动治理电力故障的〝智能〞电网。
对电力故障的治理打算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，如此，电力提供商就能够有效地安排停电检测修理任务的优先顺序。
如此一来，停电时刻和频率可减少约30%，停电导致的收入缺失也相应减少，而电网的可靠性以及客户的中意度都得到了提升。
图1-5减少停电现象
在聪慧的电力设施的支持下，智能电表能够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，同时用户还能够随时猎取一天中任意时刻的用电价格〔查看前后的记录〕，如此电力提供商就为用户提供了专门大的灵活性，用户能够依照了解到的信息改变其用电模式。
智能电表不仅能够测量用电量，它依旧电网上的传感器，能够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早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
一.4物联网技术
物联网是以后互联网的一个组成部分，能够被定义为基于标准的和可互操作的通信协议[24]。
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。
本章要紧讨论物联网的体系架构、关键技术和技术应用模式[49]-[54]。
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，其要紧功能是识别物体，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、网络治理系统和云运算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层猎取的信息。
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。
物联网的行业特性要紧表达在其应用领域内，目前绿色农业、工业监控、公共安全、都市治理、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，某些行业差不多积存一些成功的案例。
一.5本文的结构和安排
本文第一介绍了物联网的概念、差不多内涵和特点、物联网技术和差不多应用；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。
简述了物联网的差不多内涵、特点、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降服务。
第3章：
物联网手持移动设备嵌入式系统及电路设计。
第一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**酒店现场移动作业治理系统、快消品行业销售总管、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：
终止语。
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。
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要紧致力于商业、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运算解决方案。
通过物联网设备的产品和服务，为客户实现了便利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WindowsMobile、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正确载体。
现有标准产品有一维、二维条码终端，RFIDReader终端，GIS终端以及行业平板电脑等。
MobileComputing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、移动人员治理、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
二.1提供标准化的行业终端
通过几年移动数据产品研发的实践，我们慢慢总结出了这类产品市场层面的出现方式，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专门多，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专门不相同，我们提供针对专门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，能够最短的时刻完成选型、以最快的速度实现应用程序与终端的适配。
这种模式就能够为物联网的移动数据应用的产业链提供专门好的载体，降低客户与我们合作的门槛与成本，使上下游都能受益。
二.1.1二维码移动识读产品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，专门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，联合国内要紧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确实是网上售票，而参观人员所取得的电子门票那么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，来判定电子凭证真伪、是否过期。
中国移动的用户可将话费积分兑换为电影票、优待券等，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，实际上专门多大企业如信用卡公司、航空公司，都有如此的会员积分消减的需求，而高品质的连锁商户也能够得到大量的顾客的光临，二维码的电子凭证确实是那个机制运转的核心。
目前万达影院、哈根达斯、星巴克、驴妈妈合作景点都差不多在使用MT06产品。
不同的使用环境与操作业务逻辑使MT06的设计需要考虑专门多因素，这款产品从创意到最终量产定型通过了8个月时刻，能够从以下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平面成效图
图2-4物联网手持移动设备〝卓享科技〞MT063D结构图
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
2020年我们又在MT06增加13.56MHz的RFID读写功能，尽管紧凑的结构设计使天线空间与金属环境较为苛刻，通过细致的天线设计与匹配依旧达到近距离稳固读写卡的要求，目前MT06是市场上极具成本优势的WindowsMoible操作系统的HFRFID的手持终端。
二.1.2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性能与长时刻连续工作特性，工业化的结构设计使它牢固耐用。
Smartrbook系列产品从2020的第一代到目前2020年的第三代，通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128MByte、256MByte改进到512MByte；操作系统由WindowsMobile6.1到WinCE6.0和WindowsMobile6.5，目前也能够支持Android2.3〔运行在MarvellPXA910/920芯片组平台上〕。
图2-8物联网手持移动设备〝卓享科技〞SMARTBOOK平面成效图
图2-9物联网手持移动设备〝卓享科技〞SMARTBOOKID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。
增强型终端如以下图所示。
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，就能够将选装模块安装上，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，我们差不多在着手增加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，900MHzRFID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标签扫码时将那个平面翻开，使那个面垂直于设备，以实现最正确场型。
图2-14物联网手持移动设备SMARTBOOKIII-EPC〔900MHzRFID〕结构图
二.1.3桌面媒体产品MID70
随着终端产品屏幕尺寸的加大，能够展现的内容也越来越丰富，除了满足个人消费者信息的需求外，行业平板也逐步显现在医疗、餐饮、证券、金融支付、彩票等领域，不同于消费电子级别Pad，作为物联网出现与交互节点的工业/商业平板更加注
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