导语

  

内容提要

  

    本书遵循由个别到一般，又由一般到个别的哲学原理，研究窄带物联网（NB-IoT）应用开发共性技术，目标是降低开发门槛、节约开发成本、缩短开发时间。
    本书从技术科学层面提出了NB-IoT应用架构，形成可复用、可移植的模板、构件和类，成为NB-IoT应用开发的“基石”。NB-IoT应用架构由终端（UE）、信息邮局（MPO）、人机交互系统（HCI）三个部分组成。针对UE，本书提出了通用嵌入式计算机（GEC）的概念，在硬件上把MCU硬件最小系统及面向具体应用的共性电路封装成一个整体，为用户提供芯片级的可重用的硬件实体；在软件上，把嵌入式软件分为BIOS程序与User程序两部分。针对MPO，本书将其抽象为固定IP地址及端口。针对HCI，本书凝练出云平台侦听程序、客户端程序、Web网页程序、微信小程序、手机APP程序等应用模板，为“照葫芦画瓢”地完成具体的NB-IoT应用开发提供共性技术。全书形成了以GEC为核心，以构件为支撑，以应用模板为基础的NB-IoT应用开发生态系统。
    本书提供了网上光盘，内含所有源程序、文档资料及常用软件工具。网上光盘下载地址：http://sumcu.suda.edu.cn。
    本书适合从事NB-IoT应用开发的人员使用，也可作为高等学校相关专业的教材，以及NB-IoT的培训用书。

第1章  概述
  1.1  窄带物联网NB-IoT简介
    1.1.1  物联网连接的分类
    1.1.2  NB-IoT的起源及简明发展历程
    1.1.3  NB-IoT技术特点及其与其他LPWAN技术比较
    1.1.4  为什么NB-IoT会流行
  1.2  降低NB-IoT应用开发技术门槛的基本思路
    1.2.1  NB-IoT应用开发所面临的难题
    1.2.2  解决NB-IoT应用开发所面临难题的基本思路
  1.3  本书主要内容
第2章  NB-IoT应用架构的基本要素
  2.1  建立NB-IoT应用架构的基本原则
  2.2  UE、MPO与HCI的基本定义
    2.2.1  NB-IoT终端（UE）
    2.2.2  NB-IoT信息邮局（MPO）
    2.2.3  NB-IoT人机交互系统（HCI）
  2.3  NB-IoT通信过程与应用开发相关的基本概念
    2.3.1  与终端UE相关的基本概念
    2.3.2  与信息邮局（MPO）相关的基本概念
    2.3.3  与人机交互系统（HCI）相关的基本概念
  2.4  对NB-IoT通信过程的简明理解
  2.5  本章小结
第3章  NB-IoT通信快速测试方法
  3.1  无须终端（UE）硬件情况下测试NB-IoT通信
  3.2  初步理解整个通信过程
  3.3  金葫芦IoT-GEC开发套件基本描述
    3.3.1  金葫芦IoT-GEC开发套件设计思想
    3.3.2  金葫芦IoT开发套件硬件组成
    3.3.3  金葫芦IoT-GEC开发套件的文档与软件模板
  3.4  利用金葫芦IoT-GEC开发套件理解NB-IoT通信过程
    3.4.1  金葫芦IoT-GEC开发套件的硬件系统快速测试方法
    3.4.2  终端（UE）与人机交互系统（HCI）通信快速测试方法
  3.5  下载与测试终端用户程序
    3.5.1  用户程序更新软件AHL-UserPrgUpdate
    3.5.2  下载过程中常见的错误及解决方法
  3.6  本章小结
第4章  理解NB-IoT的通信过程
  4.1  理解终端用户程序的执行过程
    4.1.1  开发终端用户程序使用的集成开发环境
    4.1.2  终端（UE）中BIOS程序主要功能
    4.1.3  终端（UE）的用户程序工程结构
    4.1.4  User_GEC_Basic主流程及中断处理程序
  4.2  初步理解UE与MPO的构件UECom
    4.2.1  UECom构件的设计要点
    4.2.2  UECom构件的头文件
    4.2.3  UECom构件的使用方法
  4.3  理解用户服务器侦听程序US-Monitor的执行过程
    4.3.1  US-Monitor工程框架
    4.3.2  US-Monitor的执行过程
  4.4  初步理解HCI与MPO的通信接口类HCICom
    4.4.1  HCICom类的设计要点
    4.4.2  HCICom类的属性、方法和事件
    4.4.3  HCICom类的使用方法
  4.5  理解数据入库过程
    4.5.1  查看数据库与表的简单方法
    4.5.2  各数据表的用途
    4.5.3  操作数据库的基本编程方法
  4.6  本章小结
第5章  基于云转发服务的“照葫芦画瓢”样例
  5.1  功能需求：增加热敏传感器
  5.2  “照葫芦画瓢”：终端用户程序的更改
    5.2.1  终端用户程序“画瓢处”的查找、确认
    5.2.2  终端用户程序内容修改
  5.3  “照葫芦画瓢”：US-Monitor的更改
    5.3.1  US-Monitor程序“画瓢处”的查找、确认
    5.3.2  US-Monitor程序内容的修改
  5.4  联合测试及自我练习
    5.4.1  联合测试
    5.4.2  自我练习
  5.5  本章小结
第6章  云服务器侦听程序CS-Monitor
  6.1  云服务器侦听程序CS-Monitor涉及的技术基础
    6.1.1  云服务器侦听程序CS-Monitor的概念
    6.1.2  WebSocket协议概述
    6.1.3  JSON格式
  6.2  开发CS-Monitor程序的基本条件
    6.2.1  申请与登录远程云服务器
    6.2.2  在云服务器CS上安装必要的软件
  6.3  运行CS-Monitor编程模板
    6.3.1  确认网络端口是否已对外开放
    6.3.2  复制CS-Monitor工程与数据库
    6.3.3  修改AHL.xml文件中有关连接配置
    6.3.4  修改UE程序的发送地址
    6.3.5  运行CS-Monitor程序
  6.4  基本理解CS-Monitor编程模板
    6.4.1  CS-Monitor编程模板的工程框架
    6.4.2  CS-Monitor编程模板的自动执行流程
    6.4.3  WebSocket服务器与客户端的通信
    6.4.4  CS-Monitor编程模板按键事件的解析
  6.5  CS-Monitor程序的“照葫芦画瓢”
  6.6  本章小结
第7章  通过PC客户端的数据访问
  7.1  运行CS-Client及观察自己的NB-IoT终端实时数据
    7.1.1  直接运行CS-Client编程模板
    7.1.2  观察NB-IoT终端的实时数据
  7.2  基本理解CS-Client的编程模板
    7.2.1  CS-Client编程模板的结构
    7.2.2  PC客户端模板执行流程
    7.2.3  主要按键事件的实现
  7.3  CS-Client程序的“照葫芦画瓢”
  7.4  本章小结
第8章  通过Web网页的数据访问
  8.1  运行Web网页及观察NB-IoT终端的实时数据
    8.1.1  打开NB-IoT的Web网页方法
    8.1.2  观察NB-IoT终端实时数据
  8.2  基本理解NB-IoT的Web网页模板
    8.2.1  NB-IoT的Web网页模板的工程结构
    8.2.2  NB-IoT的Web网页模板功能分析
    8.2.3  通过Web网页的数据访问过程
    8.2.4  NB-IoT的Web网页编程的进一步讨论
  8.3  NB-Web网页的“照葫芦画瓢”
  8.4  本章小结
第9章  通过微信小程序的数据访问
  9.1  运行已发布的NB-IoT微信小程序
    9.1.1  直接运行微信小程序模板
    9.1.2  观察自己的NB-IoT终端实时数据
  9.2  在开发环境中运行NB-IoT微信小程序
    9.2.1  前期准备
    9.2.2  运行NB-IoT微信小程序
  9.3  基本理解NB-IoT的微信小程序模板
    9.3.1  NB-IoT的微信小程序模板工程结构
    9.3.2  NB-IoT的微信小程序模板开发过程
    9.3.3  NB-IoT的微信小程序的运行分析
  9.4  NB-IoT微信小程序编程的进一步讨论
    9.4.1  微信小程序的函数执行流程
    9.4.2  微信小程序的WebSocket连接
    9.4.3  数据的处理与使用
    9.4.4  组件模板
  9.5  “照葫芦画瓢”：开发自己的NB-IoT微信小程序
    9.5.1  “照葫芦画瓢”：实现新增温度的添加
    9.5.2  “照葫芦画瓢”：动态组件的生成
    9.5.3  “照葫芦画瓢”：添加一个页面功能
    9.5.4  “照葫芦画瓢”：导航菜单的创建
  9.6  NB-IoT微信小程序模板的发布
  9.7  本章小结
第10章  通过Android APP的数据访问
  10.1  查看已发布的NB-IoT的Android APP
    10.1.1  直接运行Android APP模板
    10.1.2  观察自己的NB-IoT终端实时数据
  10.2  在开发环境中运行NB-IoT的Android APP
    10.2.1  开发环境的安装
    10.2.2  项目导入并编译运行
  10.3  基本理解NB-IoT的Android APP模板
    10.3.1  NB-IoT的Android APP开发环境
    10.3.2  NB-IoT的Android APP模板工程结构
    10.3.3  NB-IoT的Android APP模板的执行过程
  10.4  NB-IoT的Android APP编程的更深入讨论
    10.4.1  APP函数执行流程
    10.4.2  WebSocket连接的建立
    10.4.3  WebSocket数据处理
  10.5  “照葫芦画瓢”：开发自己的NB-IoT的Android APP
    10.5.1  “照葫芦画瓢”：实现新增温度的添加
    10.5.2  “照葫芦画瓢”：动态生成控件
  10.6  本章小结
第11章  通用嵌入式计算机的概念与组成
  11.1  提出GEC概念的缘由
    11.1.1  物联网终端开发方式存在的问题与解决办法
    11.1.2  提出GEC概念的时机、GEC的定义与特点
    11.1.3  GEC在NB-IoT应用架构中的位置
  11.2  GEC的硬件实例
    11.2.1  金葫芦IoT-GEC型号含义
    11.2.2  金葫芦AHL-A系列硬件组成
    11.2.3  金葫芦AHL-A系列引脚图
    11.2.4  金葫芦AHL-A系列引脚功能表
  11.3  GEC内的BIOS与User程序框架
    11.3.1  GEC内的BIOS与User程序功能划分
    11.3.2  User程序软件框架
    11.3.3  GEC中的三类构件
  11.4  本章小结
第12章  GEC常用基础构件
  12.1  GPIO构件
    12.1.1  GPIO构件的知识要素
    12.1.2  GPIO构件的API
    12.1.3  GPIO构件API的测试方法
  12.2  UART构件
    12.2.1  UART构件的知识要素
    12.2.2  UART构件的API
    12.2.3  UART构件API的测试方法
  12.3  ADC构件
    12.3.1  ADC构件的知识要素
    12.3.2  ADC构件的API
    12.3.3  ADC构件API的测试方法
  12.4  Flash构件
    12.4.1  Flash构件的知识要素
    12.4.2  Flash构件的API
    12.4.3  Flash构件API的测试方法
  12.5  I2C构件
    12.5.1  I2C构件的知识要素
    12.5.2  I2C构件的API
    12.5.3  I2C构件API的测试方法
  12.6  SPI构件
    12.6.1  SPI构件的知识要素
    12.6.2  SPI构件的API
    12.6.3  SPI构件API的测试方法
  12.7  PWM构件
    12.7.1  PWM构件的知识要素
    12.7.2  PWM构件的API
    12.7.3  PWM构件API的测试方法
  12.8  本章小结
第13章  基于GEC的UE软/硬件设计过程
  13.1  输入/输出分析
    13.1.1  输入/输出的共性分析
    13.1.2  输入/输出的个性分析
  13.2  快速规范的硬件评估
    13.2.1  复制User工程框架
    13.2.2  编程评估各硬件单元
  13.3  硬件原理图绘制与PCB电路板制作
    13.3.1  构件化硬件原理图绘制的简明规则
    13.3.2  PCB布板的简明规则
  13.4  功能软件的设计与测试
    13.4.1  功能需求
    13.4.2  GEC硬件需求
    13.4.3  软件设计
    13.4.4  软件测试
  13.5  本章小结
第14章  UECom构件与HCICom类解析
  14.1  UECom构件的设计与解析
    14.1.1  UECom构件的基本实现过程
    14.1.2  UECom构件主要函数的执行流程及代码解析
    14.1.3  UECom构件的应用流程
  14.2  HCICom类的设计与解析
    14.2.1  HCICom类的成员变量
    14.2.2  理解HCICom类的对外方法
    14.2.3  HCICom类的应用流程
  14.3  本章小结
第15章  基于GEC的NB-IoT应用产品开发实例
  15.1  基于NB-IoT的实验室管家
    15.1.1  LBS的输入/输出分析
    15.1.2  LBS的硬件评估
    15.1.3  LBS功能软件设计与测试
  15.2  基于NB-IoT的多传感器数据采集系统
    15.2.1  TE传感器输入/输出分析
    15.2.2  TE传感器的硬件评估
    15.2.3  TE传感器软件设计与测试
  15.3  不同系统联合测试及总结
    15.3.1  实验室管家系统的联合测试
    15.3.2  多传感器数据采集系统的联合测试
    15.3.3  软/硬件协同测试共性总结
  15.4  本章小结
第16章  进一步讨论
  16.1  新增部件基本方法
    16.1.1  新增部件的构件制作
    16.1.2  新增部件的测试方法
  16.2  NB-WSN网关
    16.2.1  NB-WSN网关的功能
    16.2.2  NB-WSN网关实例
    16.2.3  基于NB-WSN网关的NB-IoT应用架构
  16.3  通信模组与MCU的更换问题
    16.3.1  通信模组的更换问题
    16.3.2  MCU的更换问题
  16.4  安全问题
    16.4.1  NB-IoT应用产品的安全需求分析
    16.4.2  基于金葫芦NB-IoT应用架构的加密方法
  16.5  实时操作系统（RTOS）的融入问题
    16.5.1  RTOS的基本作用、选择与使用场景
    16.5.2  RTOS中与任务相关的基本概念
    16.5.3  RTOS下编程的一般步骤
  16.6  本章小结
附录A  开发语言概要
附录B  终端（UE）涉及的文档
附录C  人机交互系统（HCI）涉及的文档
附录D  HTU21D温湿度传感器中文技术手册
附录E  术语和缩写
参考文献