物聯(lián)網(wǎng)133項目實訓報告

1、學生實訓報告冊課程名稱：物聯(lián)網(wǎng)項目綜合實訓姓名：組員：黃東健，何京晶，葛稹，丁明珂，楊麗梅班級物聯(lián)網(wǎng)133指導教師許常青實習時間3月9日3月20日實習地占八、J4-208物聯(lián)網(wǎng)工程系2015年3 月20 日第一部分、引言1.1 背景及意義隨著人們生活水平的提高和科技的發(fā)展， 家庭智能化已成為一種必然趨勢而 深入千家萬戶。家庭智能化即智能化家居(Smart Home)，亦稱數(shù)字家園(Digital Family)、家庭自動化(Home Automation )、電子家庭(E-home)、智能化住宅(Intelligent Home)、網(wǎng)絡家居(Network Home)、智能屋(Wise Hou

2、se, WH)、 智能建筑(Intelligent Building )等。它是利用計算機、通信、網(wǎng)絡、電力自動化、 信息、結構化布線、 無線等技術將所有不同的設備應用和綜合功能互連于一體的 系統(tǒng)。它以住宅為平臺,兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡家電、通信、家電設備自動化、遠程醫(yī) 療、家庭辦公、娛樂等功能,集系統(tǒng)、結構、服務、管理為一體的安全、便利、 舒適、節(jié)能、娛樂、高效、環(huán)保的居住環(huán)境。因此,學習了物聯(lián)網(wǎng)應用,也就將 試著操作完成此項物聯(lián)網(wǎng)項目的簡易綜合實訓課題。1.2 課題的研究與目的本項目基于物聯(lián)網(wǎng), 操作完成物聯(lián)網(wǎng)應用綜合實訓操作架上智能家居模擬器 械,實現(xiàn)實驗架上各個儀器根據(jù)所需要求進行正常檢測與正

3、?？刂? 保證協(xié)調器、 路由器和終端的平穩(wěn)正確連接,實現(xiàn)例如電表、報警器、燈光、風扇以及窗簾等 模擬機器的智能化控制。二、項目需求分析2.1 系統(tǒng)需求該系統(tǒng)需要有：( 1 )終端控制系統(tǒng)( 2 )無線傳輸系統(tǒng)( 3)各儀器的處理系統(tǒng)2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)要求（1）對于該系統(tǒng)，在終端控制系統(tǒng)中，對于各節(jié)點反饋的信息能做出快速處理，并快速傳出，進而控制整個系統(tǒng)，對于該系統(tǒng)具有絕對控制權。（2）無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)要求其實現(xiàn)遠程傳輸，在傳輸過程中保證數(shù)據(jù)的精 準與快速。由于其組網(wǎng)方便，布局容易且已經架設布局，可以選擇創(chuàng)建無線專網(wǎng) 或利用已有網(wǎng)絡（3）通過程序，結合接收到的各種信息，使得各個儀器完成智能控制，如

4、 根據(jù)光照，溫度，濕度等改變工作狀態(tài)，或者由終端直接命令處理，實現(xiàn)簡易的 家居智能化。三、設計與實現(xiàn)3.1系統(tǒng)整體模型3.2系統(tǒng)實際運行圖過光電轉換發(fā)送至相應設備，完成相應的動作3.3設計的詳細流程3.3.1控制終端系統(tǒng)運行在默認條件下，控制端工作在本地工作方式，各控制器運行程 序按照設置的參數(shù)進行各自工作，不需要終端軟件參與，暫時只 處于查閱。在控制器與本地運行的情況下，終端可以隨時中斷控 制器的程序，接替?zhèn)鞲衅鲗ζ溥M行控制，直到終端退出控制，傳感器控制則再次運行建立監(jiān)控檢測終端隨時對整個系統(tǒng)運行進行檢測， 如出現(xiàn)故障及時通知或報 警，便于快速準確地對其進行維護。3.3.2 傳輸網(wǎng)絡無線網(wǎng)絡

5、組網(wǎng)方便、 布局容易并且維護簡單， 并已大范圍應用 于各種領域。我們便可以采用自己組建無線專網(wǎng)的通信方式，亦 或選擇利用已有的無線網(wǎng)絡通信方式。3.3.3 智能家居控制監(jiān)測系統(tǒng)（1）光檢測光檢測是利用光傳感器， 采集光的大小， 通過采集的數(shù)據(jù)， 控制燈的開關及其亮度以及窗簾的開關，從而實現(xiàn)家居照明的節(jié) 能高效。（2）溫濕度檢測溫濕度檢測是利用溫濕度傳感器，采集溫度高低與濕度信 息，并通過最后采集的數(shù)據(jù)，控制風扇開關與轉速，實現(xiàn)室內常 溫控制。（3）煙霧與紅外報警檢測煙霧與紅外報警則是利用煙霧傳感器與紅外傳感器，采集煙霧濃度以及紅外信號收集，檢測室內安全情況，判斷并控制報警，實現(xiàn)家居智能安全化。

6、（4）故障檢測故障檢測主要是由安裝在各單玉控制器實現(xiàn)的，通過電流檢測查看是否故障。如若故障，通過其電流將會極小甚至為零，無法運行，則其電壓的低于基準電壓，通過電壓比較電路給單片機送入終端或報警提示，通知其發(fā)生故障。第二部分硬件設備的安裝、編程與調試一、功能描述根據(jù)任務書要求，在工作環(huán)境中，進行智能家居監(jiān)控系統(tǒng)硬件設備的選型、安裝、接線、編程與調試，硬件設備主要包括各類傳感器和執(zhí)行器、安防監(jiān)測設備、遠程電表設備等。二、工作任務1、器件安裝將提供的開關電源、3.3V電壓模塊、四路隔離繼電器模塊、PWM調壓模塊、RS232-485 轉換器、溫濕度傳感器節(jié)點、被動紅外傳感器節(jié)點、可燃氣體傳感器節(jié)點、光

7、照度監(jiān)控節(jié)點、電控鎖、聲光報警器、LED燈泡、RFID讀卡器、智能電表、IP攝像頭、電動窗簾等器件安裝在裝置適當位置。（注：斷路器及系統(tǒng)進線電源已事先安裝好，不需安裝）。2、系統(tǒng)接線圖繪制、接線與布線采用指定的Protel軟件繪制系統(tǒng)接線圖，要求標注線號，并按接線圖在實訓裝置上設計 布線路徑，完成智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的布線和各設備器件的接線（每根線端放入與系統(tǒng)接線圖線號相對應的號碼管，線頭要求采用上錫處理，端接線頭要求焊接并套熱熔管處 理）。3、無線感知層的調測每組提供7個感知節(jié)點模塊，并提供兩個半定制ZigBee協(xié)議棧，網(wǎng)絡拓撲已設定成網(wǎng)狀網(wǎng)，包含“協(xié)調器”、“路由”及“終端”三種網(wǎng)絡角色，其中

8、“協(xié)調器”已具備網(wǎng)絡 管理及數(shù)據(jù)轉發(fā)功能，“路由”已具備讀取電表信息功能， 其余功能實現(xiàn)符合發(fā)布的 “無 線組網(wǎng)通信協(xié)議” ，7個感知節(jié)點模塊對應信息如表1所示：表1感知節(jié)點信息表節(jié)點模塊標簽號網(wǎng)絡角色傳感器執(zhí)行器感知節(jié)點00P協(xié)調器感知節(jié)點11路由電表感知節(jié)點22路由光照度傳感器LED燈泡感知節(jié)點33路由可燃氣體傳感器電動窗簾感知節(jié)點44終端溫濕度傳感器緊急按鈕感知節(jié)點55終端被動紅外傳感器聲光報警器感知節(jié)點66終端RFID讀卡器電控鎖（1）感知節(jié)點設置根據(jù)工位號，按表 2所示，設置ZigBee網(wǎng)絡的PAND。根據(jù)工位號，按表 3 所示，設置ZigBee網(wǎng)絡的信道號。表2 PAND設置表工位

9、號（16進 制）0102030405060708090APAND （ 16 進制）20102020203020402050206020702080209020A0工位號（16進 制）0B0C0D0E0F1011121314PAND （ 16 進制）20B020C020D020E020F021002110212021302140表3信道號設置表工位號（10進制）01020304050607080910信道號（10進制）1112131415工位號（10進制）11121314151617181920信道號（10進制）1617181920根據(jù)ZigBee網(wǎng)絡角色，下載對應 Z-Stack到感知節(jié)點，將

10、 0號感知節(jié)點配置成 “協(xié)調器”，1-6號感知節(jié)點根據(jù)表1配置成“路由”和“終端”，并將這7個節(jié)點組成 無線傳感網(wǎng)，網(wǎng)絡拓撲為網(wǎng)狀網(wǎng)。（2）完善感知節(jié)點ZigBee協(xié)議棧代碼根據(jù)表1,在1-6號感知節(jié)點上安裝傳感器及連接執(zhí)行器，完成對應的感知節(jié)點 功能配置。感知節(jié)點功能配置完畢后，修改ZigBee協(xié)議棧，完成下述功能: 感知節(jié)點 感知節(jié)點器。 感知節(jié)點“協(xié)調器”。 感知節(jié)點 感知節(jié)點調器 。 感知節(jié)點 感知節(jié)點2能根據(jù)無線接收到的指令,3能根據(jù)無線接收到的指令,5能根據(jù)無線接收到的指令,6能根據(jù)無線接收到的指令,4能根據(jù)無線接收到的指令,讀取光照度值，并無線傳輸給“協(xié)調器”。 讀取可燃氣體數(shù)值

11、，并無線傳輸給“協(xié)調讀取被動紅外傳感器狀態(tài)，并無線傳輸給讀取RFID卡號，并無線傳輸給“協(xié)調器”。 讀取緊急報警按鈕狀態(tài)，并無線傳輸給“協(xié)2能根據(jù)無線接收到的指令，實現(xiàn)LED燈泡調光。3能根據(jù)無線接收到的指令，控制電動窗簾左移、右移和停止。第三部分 嵌入式網(wǎng)關設備的安裝、編程與調試一、 功能描述根據(jù)任務要求，在網(wǎng)關上定制嵌入式操作系統(tǒng)及相關的文件系統(tǒng)，開發(fā)出具有數(shù)據(jù)轉發(fā)功能的服務器，并根據(jù)任務要求完善客戶端程序，以實現(xiàn)對ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點信息的讀取和控制。圖1所示為系統(tǒng)三層結構。嵌入式網(wǎng)關負責與ZigBee協(xié)調器、應用層主機的通信，其中“嵌入式客戶端”和“應用層主機”都通過“嵌入式服務器”獲

12、取ZigBee協(xié)調器信息，統(tǒng)稱為“客戶端”：下述工作任務中所提及的“超級終端”為嵌入式系統(tǒng)調試軟件。圖1三層結構圖二、 工作任務1、安裝嵌入式網(wǎng)關外圍設備根據(jù)后面所述的任務要求，完成嵌入式外圍設備的硬件連接，網(wǎng)關和ZigBee協(xié)調器連接2、嵌入式開發(fā)環(huán)境配置（1）安裝WINDOWS環(huán)境下所需的各類硬件驅動。（2）完善LINUX下的QT開發(fā)環(huán)境。3、 為嵌入式硬件制作、安裝與配置嵌入式LINUX系統(tǒng)（1）制作引導系統(tǒng)并下載至嵌入式硬件中。（2） 根據(jù)硬件情況，把與顯示、網(wǎng)絡、串口等后續(xù)用到的相關硬件驅動定制到嵌入 式LINUX內核中，并下載至嵌入式硬件中。（3）制作YAFFS文件系統(tǒng)并下載至嵌入

13、式硬件中，布置QT4運行環(huán)境。4、嵌入式服務器的開發(fā)與配置注意：進行此部分解答時，根據(jù)需要自行搭建網(wǎng)絡環(huán)境根據(jù)下述的功能描述，開發(fā)出一個具有數(shù)據(jù)轉發(fā)功能的“嵌入式服務器”，功能實現(xiàn) 后移植到網(wǎng)關上并能正常運行。其中第 1、3、5項功能通過客戶端查看結果，第 2、4項功 能通過超級終端查看結果。（1）服務器能監(jiān)聽本機的所有網(wǎng)絡接口，監(jiān)聽端口為10200;服務器能接受客戶端的連接和數(shù)據(jù)請求，當有客戶端連接時返回工位號 + “串口服務器”歡迎信息（中 文）。比如01工位號應返回“ 01串口服務器”字樣。（2）服務器端接收客戶端的數(shù)據(jù)請求并轉發(fā)數(shù)據(jù)請求給ZigBee協(xié)調器。（3）服務器端能監(jiān)聽ZigB

14、ee協(xié)調器信息，并用廣播形式轉發(fā)協(xié)調器數(shù)據(jù)信息給客戶 端。（4）服務器端能在超級終端顯示客戶端的請求及數(shù)據(jù)返回信息（要求輸出字符及相應十六進制兩種形式并有文字標識）。（5）客戶端連接超時斷開功能?？蛻舳诉B接上服務器后，假若2分鐘內無任何數(shù)據(jù)請求，服務器自動斷開與該客戶端的連接（設定時間2分鐘）。（6）上述功能實現(xiàn)后交叉編譯并移植到網(wǎng)關上，可正常運行。5、嵌入式客戶端程序配置與開發(fā)注意：進行此部分解答時，根據(jù)需要自行搭建網(wǎng)絡環(huán)境根據(jù)下述的功能描述，編寫并完善基于QT Creator開發(fā)平臺的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)嵌入式客戶端，將該客戶端連接到上述 4中開發(fā)的嵌入式服務器。功能實現(xiàn)后編譯并下 載到開發(fā)板

15、，并能進行正確的操作演示。（1）自行設計界面，要求界面布局合理（建議設計4個頁面）。（2）“系統(tǒng)控制”功能。智能家居監(jiān)控系統(tǒng)能連接上述4中開發(fā)的嵌入式服務器并顯示服務器返回的歡迎信息，連接上服務器后通過相應按鈕可獲得ZigBee網(wǎng)絡信息并顯示，要求能夠顯示節(jié)點總數(shù)（十進制）、節(jié)點類型、節(jié)點物理地址（十六進制大寫）、節(jié)點網(wǎng)絡地址（十進制），同時用戶也可通過頁面斷開連接或退 出應用程序。（3）“節(jié)點綁定”功能。節(jié)點功能有：讀電表數(shù)據(jù)、讀光照度數(shù)據(jù)、讀可燃氣體狀態(tài)、讀緊急報警按鈕狀態(tài)、控制LED燈、控制報警器，要求實現(xiàn)節(jié)點功能與節(jié)點物理地址（十六進制大寫）的綁定。（綁定功能解釋：綁定的最終目的是獲得

16、節(jié)點的網(wǎng)絡地址；在 ZigBee網(wǎng)絡中節(jié)點物理地址是固定的，網(wǎng)絡地址是協(xié)調器 動態(tài)分配的。但對于 ZigBee節(jié)點的控制是通過其網(wǎng)絡地址進行的，所以在使用 ZigBee節(jié)點進行某項功能操作時需把該功能與該節(jié)點的物理地址綁定，物理地 址與其網(wǎng)絡地址綁定；在對某個節(jié)點執(zhí)行操作時需要執(zhí)行如下查找過程：節(jié)點 功能節(jié)點物理地址節(jié)點網(wǎng)絡地址。詳情可參考 ZigBee通信協(xié)議）。（4）完善程序。實現(xiàn)對電表數(shù)據(jù)的讀取并通過LCD控件顯示，顯示信息應與電表實際數(shù)值一致（包含總電量、尖電量、峰電量、平電量、谷電量5項數(shù)據(jù)。電量單位為KWH）。（5）完善程序。實現(xiàn)如下描述的“家居環(huán)境”控制功能： 用戶可通過界面操作

17、直接打開、關閉LED燈。 用戶可通過界面自定義光照度控制閥值，當實際檢測到的光照度數(shù)據(jù)小于控制閥值時自動開啟LED燈（強光模式），當實際檢測到的光照度數(shù)據(jù)大于控制閥值時關閉 LED 燈。（6）完善程序。實現(xiàn)如下描述的“家居安防”控制功能： 報警測試。用戶可通過界面操作直接打開、關閉聲光報警器。 報警聯(lián)動。用戶可通過界面操作初始化可燃氣體傳感器節(jié)點和緊急報警按鈕節(jié) 點，當檢測到可燃氣體傳感器被觸發(fā)或緊急報警按鈕被按下時啟動聲光報警器。（7） 上述功能實現(xiàn)后交叉編譯并移植到嵌入式網(wǎng)關上，可正常運行，插上USB鼠標后 若出現(xiàn)雙光標或者出現(xiàn)拖影現(xiàn)象則不能得分。第四部分 系統(tǒng)應用軟件的安裝、編程與調試一

18、、 功能描述在 ZigBee 網(wǎng)絡和嵌入式網(wǎng)關連接成功的基礎上，在應用層主機上進行合理規(guī)范的軟件 編程與系統(tǒng)調試工作，實現(xiàn)下列監(jiān)控功能。1、實現(xiàn)直接對物聯(lián)網(wǎng)智能終端設備（ RFID 讀寫器、 GSM Modem 、手持式 POS 刷卡機、 IP 攝像頭等）的操作使用；2. 通過與嵌入式網(wǎng)關的服務器程序連接，實現(xiàn)對傳感節(jié)點信息的監(jiān)聽、解析功能；3. 通過與嵌入式網(wǎng)關的服務器程序連接，實現(xiàn)對受控設備的控制功能；4. 編寫傳感節(jié)點和受控設備相關感知和控制信息的顯示、存儲等客戶端程序；5. 編寫信息顯示和設備控制界面；6. 編寫遠程訪問 Web 界面程序。二、工作任務采用Visual Studio 2

19、008 C#和ASP.net軟件開發(fā)平臺進行編程設計。 PC端提供設備自帶 的二次開發(fā)包，選手通過編程實現(xiàn)以下功能，要求界面設計合理、美觀。1、實現(xiàn)直接對物聯(lián)網(wǎng)智能終端設備（RFID讀寫器、POS刷卡機等）的操作 與使用。（1）編寫程序，實現(xiàn)對物業(yè)門禁卡的發(fā)卡、進出刷卡等管理；（2）編寫程序，實現(xiàn)對儲值卡的開卡、管理、消費余額信息查詢、消費流水信息的短 消息發(fā)送。2、通過與網(wǎng)關通信，實現(xiàn)對傳感節(jié)點信息的監(jiān)聽、解析功能。（1）配置網(wǎng)絡環(huán)境，使上位機和網(wǎng)關能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡通信；（2）根據(jù)通信協(xié)議，編寫上位機程序實現(xiàn)對嵌入式網(wǎng)關的服務器程序連接，顯示網(wǎng)關 發(fā)送的歡迎信息；（ 3）在運行界面上以十六進制形

20、式顯示嵌入式網(wǎng)關應答的ZigBee 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息， 解析ZigBee 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)利用相關控件對應顯示當前網(wǎng)絡中各個功能節(jié)點的類型（協(xié)調 器、路由器、終端節(jié)點） 、網(wǎng)絡地址、物理地址；（4）在運行界面上以十進制形式顯示嵌入式網(wǎng)關應答的光照度傳感器數(shù)據(jù)信息，查詢 后寫入數(shù)據(jù)庫；（5）在運行界面上以十進制形式顯示嵌入式網(wǎng)關應答的電表數(shù)據(jù)信息，查詢后寫入數(shù) 據(jù)庫。3、通過與網(wǎng)關通信，實現(xiàn)對受控設備的聯(lián)動功能。在運行界面上通過點擊相應按鈕，可以實現(xiàn)打開/關閉 LED 燈泡。4、通過與網(wǎng)關通信，實現(xiàn)對傳感節(jié)點（受控設備）相關感知（控制）信息 的顯示、存儲、聯(lián)動等相關客戶端程序。（ 1）當安防系統(tǒng)設

21、置為布防狀態(tài)時， RFID 讀卡器非法連續(xù)刷卡自動開啟報警器報警， 攝像頭抓拍實時監(jiān)控圖像， GSM Modem 發(fā)送短信至預置手機，運行頁面顯示監(jiān)控圖像；（ 2）RFID 讀卡器讀卡正確，則打開電控鎖。5、編寫遠程訪問 Web界面程序。編寫遠程訪問 Web界面程序，實現(xiàn)對智能家居基本預存信息（光照度、用電信息）的 查詢和顯示。四、實訓小組模塊分工參考:項目實訓模塊分工參考參考人數(shù)項目總體設計（含實訓報告中該部分的內容）1智能家居硬件設計（含實訓報告中該部分的內容）1智能家居軟件設計（含實訓報告中該部分的內容）1系統(tǒng)軟件設計（含實訓報告中該部分的內容）1整個項目實訓的協(xié)調測試（含實訓報告中該部

22、分的內容）1五、系統(tǒng)軟硬件配置1、計算機操作系統(tǒng)：Microsoft Windows 7 旗艦版 + IIS 6.0;軟件開發(fā)平臺：Microsoft Visual Studio 2008；開發(fā)語言：C#, ASP.ne；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)平臺：Microsoft SQL Server 2008；辦公軟件：Microsoft Office 2003 ；網(wǎng)絡瀏覽器：Google Chrome；Z-STACK 開發(fā)平臺：IAR EW8051 for TI Zigbee 7.51A ；TI 閃存編程軟件：SmartRF04 Flash Programmer 繪圖軟件：Protel99seb

23、2、嵌入式系統(tǒng)嵌入式 CPU: S3C2440;RAM : 64M; NAND FLASH : 256M; NOR FLASH : 2M ;嵌入式操作系統(tǒng)：無，需用戶定制；提供 Vboot、LINUX2.6.32 的源碼 vboot-src-wxit.tar 和 linux-_wxit ；提供虛擬機 Ubuntu12.10 開發(fā)工具 QT Creator 2.5.2；提供必要的工具軟件： mkyaffs2image、arm-linux-4.3.2 ；提供 QT4.8.3 的源碼 qt-everywhere-opensource-src-4.8.3.tqr提供YAFFS文件系統(tǒng)r

24、oot_qtopia_wxit.tar，提供QT4.7圖形庫及中文字體庫, 提供QT4環(huán)境配置腳本setqt4env。3、其他詳見實訓臺、架。四、電路圖eq riziS-1- si 祐砂 ria:J口 豐r :ATHTTn ri- d J .； 3 U匝 44 41到a x-3 a 叵醫(yī)事涅時比=求魚|3rnlTl.刖即中11 1用曲皿-F k!H!-、V OOJ J 4U丿I斗J肛占1 !TL 辛U1QS 114si O- APEi.4Bl g豈中It 4五、綜合實訓小結以及整個開發(fā)過程給自1. 闡述此專業(yè)綜合實訓設計過程的主要的難題及攻克難題的過程，己帶來的收獲。物聯(lián)網(wǎng)項目綜合實訓是在無線

25、傳感網(wǎng)絡， Zigbee 應用開發(fā)之后開設的具有應 用型特點（操作性很強） 的專業(yè)課程實訓。 整個開發(fā)過程讓我們綜合應用了前面 所學的相關專業(yè)基礎知識， 提高我們觀察問題、 分析問題及解決問題的能力。 使 我們掌握物聯(lián)網(wǎng)技術的應用， 具備基本專業(yè)技能， 并為以后從事相關專業(yè)打下基 礎。2. 闡述此專業(yè)綜合實訓設計過程對自己動手實踐能力的影響， 對自己所學專業(yè)已有認識的 影響，對自己將來學習、工作興趣方向的影響。物聯(lián)網(wǎng)項目綜合實訓大大提高了我們的動手實踐能力，將以前不愿做、不 想做、無能力做的事情都通過自己的努力做出來了， 這告訴我們： 知識最好的來 源是實踐！ 想要更好地掌握一門知識， 最好的方法不是盡量的去多聽多看， 而是 盡可能的自