摘要：“智慧校园”是“数字生活”在校园里的体现，其将高校教务办公、教学管理、校园安全、图书管理以及教学资源进行“数字化”整合。然而高校实验设备管理方式，依然采用人工登记和维护，数据仍需人工核对，不仅费时费力，还需要有专门人员线下实时管理，极大影响了“智慧校园”的建设。

本文设计实现了基于AWS云服务的实验设备控制器，用于辅助设备管理员远程管理实验设备，同时为普通用户提供一个自助借还实验设备的平台。实验设备控制器系统基于Amazon FreeRTOS实时操作系统，保证多任务下传感器数据正确采集以及及时响应云端传来的指令。实验设备控制器可以实现远程开门、设备借还、温湿度传感器数据采集、控制器状态监测、检测门锁状态门和实时响应用户指令操作。将实验设备控制器接入AWS IoT平台，不仅可保证数据安全，也方便Web服务程序调取AWS云服务对数据进行处理分析，并将分析结果及时呈现给用户。

本文对实验设备控制器的所有功能进行了测试。根据测试结果表明，基于AWS的实验设备控制器能稳定运行所有功能，并能响应用户指令，进行相应操作。

关键词：实验设备；物联网；AWS IoT；Amazon FreeRTOS

目  录

摘  要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 课题的来源及意义-1

1.2 课题的研究现状-1

1.3 研究目标和内容-2

1.4 文章结构-3

第二章 课题相关的技术背景简介-4

2.1 实验设备控制器相关技术的简介-4

2.1.1 基于B-L475E-IOT01A Discovery Kit的控制器系统-4

2.1.2 基于Amazon FreeRTOS的下位机应用程序开发-4

2.1.3 RFID射频识别技术-4

2.1.4 基于MQTT协议的消息传输-5

2.2 云服务相关技术简介-5

2.2.1 基于AWS IoT平台的安全验证与代理服务-5

2.2.2 基于AWS EC2提供云计算能力-5

2.3 Web相关技术简介-6

2.3.1 后端搭建技术Spring Boot-6

2.3.2 基于关系型数据库MySQL的数据存储-6

2.3.3 基于Highcharts的数据可视化-6

2.4 课题技术路线-6

2.4.1 控制器技术路线-6

2.4.2 Web服务端技术路线-7

2.5 本章小结-8

第三章 实验设备控制器系统总体分析-9

3.1 系统任务概述-9

3.2 系统相关技术的可行性分析-11

3.3 系统需求分析说明-12

3.4 通信协议帧格式设计-14

3.5 本章小结-15

第四章 实验设备控制器系统分析与结构设计-16

4.1 系统整体技术架构设计-16

4.2 硬件选型与分析-18

4.2.1 开发板-18

4.2.2 RFID模块-18

4.2.3 电子标签-19

4.2.4 温湿度传感器模块-20

4.2.5 气压计模块-21

4.2.6 电控锁模块-22

4.2.7 蜂鸣器模块-23

4.3 系统数据库设计-24

4.4 本章小结-25

第五章 实验设备控制器系统详细设计与实现-26

5.1 实验设备控制器详细设计-26

5.1.1 任务优先级分配-26

5.1.2 环境传感器数据采集-27

5.1.3 RFID识别电子标签-27

5.1.4 远程开门-28

5.1.5 设备租借-29

5.1.6 设备归还-29

5.1.7 CPU使用率-30

5.2 AWS IoT端详细设计-30

5.3 Web服务端详细设计-31

5.4 系统功能的实现-31

5.4.1 实验设备控制器功能的实现-31

5.4.2 AWS IoT云服务端功能的实现-34

5.4.3 Web服务端功能的实现-35

5.5 本章小结-37

第六章 系统的运行与测试-38

6.1 身份证书校验及网络初始化测试-38

6.2 时间同步功能测试-38

6.3 环境传感器数据采集功能测试-39

6.4 设备借还功能测试-39

6.5 CPU使用率功能测试-40

6.6 实时数据监测功能的测试-41

6.3 本章小结-41

第七章 总结-42

参考文献-43

致  谢-45

附  录-46