物聯(lián)網(wǎng)感知課程設(shè)計

目錄TOC\o"1-2"\h\u30710物聯(lián)網(wǎng)感知課程設(shè)計 116817一．功能分析 16779二．概要設(shè)計 1254351．系統(tǒng)組成 1285302.傳感器選型 113751三．詳細設(shè)計 118531.通信模塊程序設(shè)計框圖 1148052.程序設(shè)計 212288四．系統(tǒng)說明 922874五．設(shè)計總結(jié) 1022698六．附錄 10PAGEPAGE6物聯(lián)網(wǎng)感知課程設(shè)計環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)程序設(shè)計課程設(shè)計報告題目：設(shè)計一個環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。一．功能分析環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要包括對環(huán)境變量的采集和顯示。選擇溫濕度傳感器來完成溫度、濕度數(shù)據(jù)的采集。選擇協(xié)調(diào)器串口發(fā)送程序。（3）采用java語言制作相應(yīng)的顯示界面，將采集的變量值實時顯示并給出相應(yīng)提示。二．概要設(shè)計1．系統(tǒng)組成系統(tǒng)大體組成包括：傳感器模塊、數(shù)據(jù)傳送模塊和電機控制模塊。系統(tǒng)框圖如圖1所示。由于傳感器模塊沒有外接電路，因此需要通過中間的協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為串口形式發(fā)送到PC機上。 Zigbee傳輸協(xié)調(diào)器溫、濕度傳感器PC顯示串口傳輸電機圖1系統(tǒng)框圖2.傳感器選型選擇SHT10單片數(shù)字溫濕度傳感器來監(jiān)測環(huán)境。SHT10采用CMOSens專利技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)字接口無縫結(jié)合，使傳感器具有體積小、響應(yīng)速度快、接口簡單、性價比高等特點。電路連接時，接口簡單，兩線連接，SHT10的兩線串行接口（bidirectional2-wire）在傳感器信號讀取和電源功耗方面都做了優(yōu)化處理，其總線類似I2C總線但并不兼容I2C總線。三．詳細設(shè)計1.通信模塊程序設(shè)計框圖1.打開串口（邏輯串口號：根據(jù)設(shè)備管理器的端口）1.打開串口（邏輯串口號：根據(jù)設(shè)備管理器的端口）2.配置串口參數(shù)(波特率、校驗位、起始位、停止位)2.配置串口參數(shù)(波特率、校驗位、起始位、停止位)3.設(shè)置讀寫超時時間4.設(shè)置串口底層接收、發(fā)送緩沖區(qū)大小4.設(shè)置串口底層接收、發(fā)送緩沖區(qū)大小5.設(shè)置串口事件（數(shù)據(jù)可讀事件、啟動發(fā)送數(shù)據(jù)事件、工作線程結(jié)束事件等）5.設(shè)置串口事件（數(shù)據(jù)可讀事件、啟動發(fā)送數(shù)據(jù)事件、工作線程結(jié)束事件等）6．啟動串口后臺工作線程6．啟動串口后臺工作線程2.程序設(shè)計packageorg.serial;importjava.io.BufferedInputStream;importjava.io.BufferedOutputStream;importjava.io.IOException;importjava.io.InputStream;importjava.io.OutputStream;importjava.util.Enumeration;importjava.util.TooManyListenersException;importjava.awt.FlowLayout;importjavax.swing.JButton;importjavax.swing.JFrame;importjavax.swing.JTextField;importgnu.io.CommPortIdentifier;importgnu.io.PortInUseException;importgnu.io.SerialPort;importgnu.io.SerialPortEvent;importgnu.io.SerialPortEventListener;importgnu.io.UnsupportedCommOperationException;/***@項目名稱:illegalsms*@文件名稱:SerialPort.java*@所在包:org.serial*@功能描述:*串口類*@創(chuàng)建者:*@創(chuàng)建日期:2016-12-23*@修改記錄:*/@SuppressWarnings("serial")publicclassDSerialPortextendsJFrameimplementsRunnable,SerialPortEventListener{ privateStringappName="協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)接收";privateinttimeout=2000;//open端口時的等待時間privateintthreadTime=0;privateCommPortIdentifiercommPort;privateSerialPortserialPort;privateInputStreaminputStream;privateOutputStreamoutputStream;/***@方法名稱:listPort*@功能描述:列出所有可用的串口*@返回值類型:void*/@SuppressWarnings("rawtypes")publicvoidlistPort(){ CommPortIdentifiercpid;Enumerationen=CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();System.out.println("nowtolistallPortofthisPC："+en);while(en.hasMoreElements()){cpid=(CommPortIdentifier)en.nextElement();if(cpid.getPortType()==CommPortIdentifier.PORT_SERIAL){System.out.println(cpid.getName()+","+cpid.getCurrentOwner());}}}/***@方法名稱:selectPort*@功能描述:選擇一個端口，比如：COM1*@返回值類型:void*@paramportName*/@SuppressWarnings("rawtypes")publicvoidselectPort(StringportName){mPort=null;CommPortIdentifiercpid;Enumerationen=CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();while(en.hasMoreElements()){cpid=(CommPortIdentifier)en.nextElement();if(cpid.getPortType()==CommPortIdentifier.PORT_SERIAL&&cpid.getName().equals(portName)){mPort=cpid;break;}}openPort();}/***@方法名稱:openPort*@功能描述:打開SerialPort*@返回值類型:void*/privatevoidopenPort(){ if(commPort==null)log(String.format("無法找到名字為'%1$s'的串口！",commPort.getName()));else{log("端口選擇成功，當前端口："+commPort.getName()+",現(xiàn)在實例化SerialPort:");try{serialPort=(SerialPort)commPort.open(appName,timeout);log("實例SerialPort成功！");}catch(PortInUseExceptione){thrownewRuntimeException(String.format("端口'%1$s'正在使用中！",commPort.getName()));}} try{ serialPort.setSerialPortParams(115200,SerialPort.DATABITS_8,//設(shè)置串口讀寫參數(shù) SerialPort.STOPBITS_1,SerialPort.PARITY_NONE); }catch(UnsupportedCommOperationExceptione){}}/***@方法名稱:checkPort*@功能描述:檢查端口是否正確連接*@返回值類型:void*/privatevoidcheckPort(){if(commPort==null)thrownewRuntimeException("沒有選擇端口，請使用"+"selectPort(StringportName)方法選擇端口");if(serialPort==null){thrownewRuntimeException("SerialPort對象無效！");}}/***@方法名稱:write*@功能描述:向端口發(fā)送數(shù)據(jù)，請在調(diào)用此方法前先選擇端口，并確定SerialPort正常打開！*@返回值類型:void*@parammessage*/publicvoidwrite(Stringmessage){checkPort();try{outputStream=newBufferedOutputStream(serialPort.getOutputStream());}catch(IOExceptione){thrownewRuntimeException("獲取端口的OutputStream出錯："+e.getMessage());}try{outputStream.write(message.getBytes());log("信息發(fā)送成功！");}catch(IOExceptione){thrownewRuntimeException("向端口發(fā)送信息時出錯："+e.getMessage());}finally{try{outputStream.close();}catch(Exceptione){}}}/***@方法名稱:startRead*@功能描述:開始監(jiān)聽從端口中接收的數(shù)據(jù)*@返回值類型:void*@paramtime監(jiān)聽程序的存活時間，單位為秒，0則是一直監(jiān)聽*/publicvoidstartRead(inttime){checkPort();ints;s=serialPort.getBaudRate();System.out.println("波特率為"+s);try{inputStream=newBufferedInputStream(serialPort.getInputStream());}catch(IOExceptione){thrownewRuntimeException("獲取端口的InputStream出錯："+e.getMessage());}try{serialPort.addEventListener(this);}catch(TooManyListenersExceptione){thrownewRuntimeException(e.getMessage());}serialPort.notifyOnDataAvailable(true);log(String.format("開始監(jiān)聽來自'%1$s'的數(shù)據(jù)",commPort.getName()));if(time>0){this.threadTime=time*1000;Threadt=newThread(this);t.start();log(String.format("監(jiān)聽程序?qū)⒃?1$d秒后關(guān)閉。。。。",threadTime));}}/***@方法名稱:close*@功能描述:關(guān)閉SerialPort*@返回值類型:void*/publicvoidclose(){serialPort.close();serialPort=null;commPort=null;}publicvoidlog(Stringmsg){System.out.println(appName+"-->"+msg);}/***數(shù)據(jù)接收的監(jiān)聽處理函數(shù)*/@OverridepublicvoidserialEvent(SerialPortEventarg0){switch(arg0.getEventType()){caseSerialPortEvent.BI:/*Breakinterrupt,通訊中斷*/caseSerialPortEvent.OE:/*Overrunerror，溢位錯誤*/caseSerialPortEvent.FE:/*Framingerror，傳幀錯誤*/caseSerialPortEvent.PE:/*Parityerror，校驗錯誤*/caseSerialPortEvent.CD:/*Carrierdetect，載波檢測*/caseSerialPortEvent.CTS:/*Cleartosend，清除發(fā)送*/caseSerialPortEvent.DSR:/*Datasetready，數(shù)據(jù)設(shè)備就緒*/caseSerialPortEvent.RI:/*Ringindicator，響鈴指示*/caseSerialPortEvent.OUTPUT_BUFFER_EMPTY:/*Outputbufferisempty，輸出緩沖區(qū)清空*/break;caseSerialPortEvent.DATA_AVAILABLE:/*Dataavailableattheserialport，端口有可用數(shù)據(jù)。讀到緩沖數(shù)組，輸出到終端*/byte[]readBuffer=newbyte[16];try{while(inputStream.available()>0){@SuppressWarnings("unused") intnumBytes=inputStream.read(readBuffer);}outputStream.write("xiaogang".getBytes());Stringhex;StringBufferresult=newStringBuffer(); for(inti=0;i<readBuffer.length;i++){ hex=Integer.toHexString(readBuffer[i]&0xFF); if(hex.length()==1){ hex='0'+hex; } result.append(hex.toUpperCase()); }Strings=newString(result);int[]x=newint[4];int[]y=newint[4];for(inti=0;i<4;i++){ Strings1=s.substring(10+i,10+i+1); if(s1.equals("A")) x[i]=10; elseif(s1.equals("B")) x[i]=11; elseif(s1.equals("C")) x[i]=12; elseif(s1.equals("D")) x[i]=13; elseif(s1.equals("E")) x[i]=14; elseif(s1.equals("F")) x[i]=15; else x[i]=Integer.parseInt(s1); Strings2=s.substring(14+i,14+i+1); if(s2.equals("A")) y[i]=10; elseif(s2.equals("B")) y[i]=11; elseif(s2.equals("C")) y[i]=12; elseif(s2.equals("D")) y[i]=13; elseif(s2.equals("E")) y[i]=14; elseif(s2.equals("F")) y[i]=15; else y[i]=Integer.parseInt(s2);}@Overridepublicvoidrun(){ try{ Thread.sleep(threadTime);serialPort.close();log(String.format("端口''監(jiān)聽關(guān)閉了！",commPort.getName()));}catch(Exceptione){e.printStackTrace();} }四．系統(tǒng)說明本系統(tǒng)搭建了一個溫濕度的采集顯示環(huán)境，能夠采集周圍環(huán)境中的溫度、濕度值，并且實時在PC機上顯示。PC機實時顯示界面如圖：系統(tǒng)采用SHT10單片數(shù)字溫濕度傳感器將溫濕度采集集成在一起，數(shù)據(jù)的讀取要采用時序控制來進行。采集變量的實時顯示由JAVA編制界面來完成。并且在圖形化界面溫濕度上下界及理想溫濕度處輸入數(shù)值，溫濕度采集過程中能對數(shù)據(jù)進行判斷并給出五．設(shè)計總結(jié)這次選題選擇了與日常生活息息相關(guān)的基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度環(huán)境檢測系統(tǒng)，一開始連這個系統(tǒng)該分為哪三個模塊以及各自該做些什么都不清楚，但后來逐漸清楚了可以分為上位機、下位機和通信三個模塊，而我此次負責通信模塊，即將溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)通過發(fā)送模塊傳到上位機實現(xiàn)通信。這部分的代碼老師給出了其中一部分（其中一部分庫文件比較老，因此需要安裝64位機的GNU庫文件），我補寫了剩下的一些，其實這里面最難的就是十六進制轉(zhuǎn)換為十進制的那段代碼了，所幸并不是無跡可尋，中途也遇到過很多問題，但通過查詢相關(guān)書籍、請教同學以及上網(wǎng)搜索都逐一解決了，因此最終還是編寫成功了。本來還嘗試擴展功能譬如當溫度過高啟用電機降溫，但由于時間較短，又因為本人能力有限，這部分代碼就沒有編寫。這次課設(shè)雖然時間短但是學到的東西一點兒也不少，對于java編程和與硬件的連接通信也有了一定的感悟，小組成員也分工有序，配合默契，相信下次我們可以實現(xiàn)擴展功能，使這個系統(tǒng)更加完善。六．附錄源程序清單：packageorg.serial;importjava.io.BufferedInputStream;importjava.io.BufferedOutputStream;importjava.io.IOException;importjava.io.InputStream;importjava.io.OutputStream;importjava.util.Enumeration;importjava.util.TooManyListenersException;importjava.awt.FlowLayout;importjavax.swing.JButton;importjavax.swing.JFrame;importjavax.swing.JTextField;importgnu.io.CommPortIdentifier;importgnu.io.PortInUseException;importgnu.io.SerialPort;importgnu.io.SerialPortEvent;importgnu.io.SerialPortEventListener;importgnu.io.UnsupportedCommOperationException;/***@項目名稱:illegalsms*@文件名稱:SerialPort.java*@所在包:org.serial*@功能描述:*串口類*@創(chuàng)建者:*@創(chuàng)建日期:2016-12-23*@修改記錄:*/@SuppressWarnings("serial")publicclassDSerialPortextendsJFrameimplementsRunnable,SerialPortEventListener{ privateStringappName="協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)接收";privateinttimeout=2000;//open端口時的等待時間privateintthreadTime=0;privateCommPortIdentifiercommPort;privateSerialPortserialPort;privateInputStreaminputStream;privateOutputStreamoutputStream;publicstaticintwendu1;publicstaticintwendu2;publicstaticintshidu1;publicstaticintshidu2;publicstaticbooleanopen;publicstaticdoublew1;publicstaticdoublew2;publicstaticdoubles1;publicstaticdoubles2;publicstaticdoublewx;publicstaticdoublesx;JFramef=newJFrame("環(huán)境溫度檢測");JButtonbutton1=newJButton("溫度："); JButtonbutton2=newJButton("濕度："); JButtonbutton3=newJButton("溫度下界："); JButtonbutton4=newJButton("溫度上界："); JButtonbutton5=newJButton("理想溫度："); JButtonbutton6=newJButton("濕度上界："); JButtonbutton7=newJButton("濕度下界："); JButtonbutton8=newJButton("理想濕度："); JTextFieldtf1; JTextFieldtf2; JTextFieldtf3; JTextFieldtf4; JTextFieldtf5; JTextFieldtf6; JTextFieldtf7; JTextFieldtf8; JTextFieldtf9; JTextFieldtf10; /***@方法名稱:listPort*@功能描述:列出所有可用的串口*@返回值類型:void*/@SuppressWarnings("rawtypes")publicvoidlistPort(){ CommPortIdentifiercpid;Enumerationen=CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();System.out.println("nowtolistallPortofthisPC："+en);while(en.hasMoreElements()){cpid=(CommPortIdentifier)en.nextElement();if(cpid.getPortType()==CommPortIdentifier.PORT_SERIAL){System.out.println(cpid.getName()+","+cpid.getCurrentOwner());}}}/***@方法名稱:selectPort*@功能描述:選擇一個端口，比如：COM1*@返回值類型:void*@paramportName*/@SuppressWarnings("rawtypes")publicvoidselectPort(StringportName){mPort=null;CommPortIdentifiercpid;Enumerationen=CommPortIdentifier.getPortIdentifiers();while(en.hasMoreElements()){cpid=(CommPortIdentifier)en.nextElement();if(cpid.getPortType()==CommPortIdentifier.PORT_SERIAL&&cpid.getName().equals(portName)){mPort=cpid;break;}}openPort();}/***@方法名稱:openPort*@功能描述:打開SerialPort*@返回值類型:void*/privatevoidopenPort(){ if(commPort==null)log(String.format("無法找到名字為'%1$s'的串口！",commPort.getName()));else{log("端口選擇成功，當前端口："+commPort.getName()+",現(xiàn)在實例化SerialPort:");try{serialPort=(SerialPort)commPort.open(appName,timeout);log("實例SerialPort成功！");}catch(PortInUseExceptione){thrownewRuntimeException(String.format("端口'%1$s'正在使用中！",commPort.getName()));}} try{ serialPort.setSerialPortParams(115200,SerialPort.DATABITS_8,//設(shè)置串口讀寫參數(shù) SerialPort.STOPBITS_1,SerialPort.PARITY_NONE); }catch(UnsupportedCommOperationExceptione){}}/***@方法名稱:checkPort*@功能描述:檢查端口是否正確連接*@返回值類型:void*/privatevoidcheckPort(){if(commPort==null)thrownewRuntimeException("沒有選擇端口，請使用"+"selectPort(StringportName)方法選擇端口");if(serialPort==null){thrownewRuntimeException("SerialPort對象無效！");}}/***@方法名稱:write*@功能描述:向端口發(fā)送數(shù)據(jù)，請在調(diào)用此方法前先選擇端口，并確定SerialPort正常打開！*@返回值類型:void*@parammessage*/publicvoidwrite(Stringmessage){checkPort();try{outputStream=newBufferedOutputStream(serialPort.getOutputStream());}catch(IOExceptione){thrownewRuntimeException("獲取端口的OutputStream出錯："+e.getMessage());}try{outputStream.write(message.getBytes());log("信息發(fā)送成功！");}catch(IOExceptione){thrownewRuntimeException("向端口發(fā)送信息時出錯："+e.getMessage());}finally{try{outputStream.close();}catch(Exceptione){}}}/***@方法名稱:startRead*@功能描述:開始監(jiān)聽從端口中接收的數(shù)據(jù)*@返回值類型:void*@paramtime監(jiān)聽程序的存活時間，單位為秒，0則是一直監(jiān)聽*/publicvoidstartRead(inttime){checkPort();ints;s=serialPort.getBaudRate();System.out.println("波特率為"+s);try{inputStream=newBufferedInputStream(serialPort.getInputStream());}catch(IOExceptione){thrownewRuntimeException("獲取端口的InputStream出錯："+e.getMessage());}try{serialPort.addEventListener(this);}catch(TooManyListenersExceptione){thrownewRuntimeException(e.getMessage());}serialPort.notifyOnDataAvailable(true);log(String.format("開始監(jiān)聽來自'%1$s'的數(shù)據(jù)",commPort.getName()));if(time>0){this.threadTime=time*1000;Threadt=newThread(this);t.start();log(String.format("監(jiān)聽程序?qū)⒃?1$d秒后關(guān)閉。。。。",threadTime));}}/***@方法名稱:close*@功能描述:關(guān)閉SerialPort*@返回值類型:void*/publicvoidclose(){serialPort.close();serialPort=null;commPort=null;}publicvoidlog(Stringmsg){System.out.println(appName+"-->"+msg);}/***數(shù)據(jù)接收的監(jiān)聽處理函數(shù)*/@OverridepublicvoidserialEvent(SerialPortEventarg0){switch(arg0.getEventType()){caseSerialPortEvent.BI:/*Breakinterrupt,通訊中斷*/caseSerialPortEvent.OE:/*Overrunerror，溢位錯誤*/caseSerialPortEvent.FE:/*Framingerror，傳幀錯誤*/caseSerialPortEvent.PE:/*Parityerror，校驗錯誤*/caseSerialPortEvent.CD:/*Carrierdetect，載波檢測*/caseSerialPortEvent.CTS:/*Cleartosend，清除發(fā)送*/caseSerialPortEvent.DSR:/*Datasetready，數(shù)據(jù)設(shè)備就緒*/caseSerialPortEvent.RI:/*Ringindicator，響鈴指示*/caseSerialPortEvent.OUTPUT_BUFFER_EMPTY:/*Outputbufferisempty，輸出緩沖區(qū)清空*/break;caseSerialPortEvent.DATA_AVAILABLE:/*Dataavailableattheserialport，端口有可用數(shù)據(jù)。讀到緩沖數(shù)組，輸出到終端*/byte[]readBuffer=newbyte[16];try{while(inputStream.available()>0){@SuppressWarnings("unused") intnumBytes=inputStream.read(readBuffer);}outputStream.write("xiaogang".getBytes());Stringhex;StringBufferresult=newStringBuffer(); for(inti=0;i<readBuffer.length;i++){ hex=Integer.toHexString(readBuffer[i]&0xFF); if(hex.length()==1){ hex='0'+hex; } result.append(hex.toUpperCase()); }Strings=newString(result);int[]x=newint[4];int[]y=newint[4];for(inti=0;i<4;i++){ Strings1=s.substring(10+i,10+i+1); if(s1.equals("A")) x[i]=10; elseif(s1.equals("B")) x[i]=11; elseif(s1.equals("C")) x[i]=12; elseif(s1.equals("D")) x[i]=13; elseif(s1.equals("E")) x[i]=14; elseif(s1.equals("F")) x[i]=15; else x[i]=Integer.parseInt(s1); Strings2=s.substring(14+i,14+i+1); if(s2.equals("A")) y[i]=10; elseif(s2.equals("B")) y[i]=11; elseif(s2.equals("C")) y[i]=12; elseif(s2.equals("D")) y[i]=13; elseif(s2.equals("E")) y[i]=14; elseif(s2.equals("F")) y[i]=15; else y[i]=Integer.parseInt(s2);}wendu1=(4096*x[0]+256*x[1]+16*x[2]+x[3])/100;wendu2=(4096*x[0]+256*x[1]+16*x[2]+x[3])%100;shidu1=(4096*y[0]+256*y[1]+16*y[2]+y[3])/100;shidu2=(4096*y[0]+256*y[1]+16*y[2]+y[3])%100;if(wendu1>0&&wendu1<100){System.out.println(wendu1+"."+wendu2+"°"+""+shidu1+"."+shidu2+"%"); tf1.setText(String.valueOf(wendu1+"."+wendu2+"°")); tf2.setText(String.valueOf(shidu1+"."+shidu2+"％")); }if(open=true){ w1=Double.parseDouble(tf3.getText()); w2=Double.parseDouble(tf4.getText()); wx=Double.parseDouble(tf5.getText()); s1=Double.parseDouble(tf6.getText()); s2=Double.parseDouble(tf7.getText()); sx=Double.parseDouble(tf8.getText()); if(wendu1>0&&wendu1<100&&shidu1>0&&shidu1<100){ tf1.setText(String.valueOf(wendu1+"."+wendu2+"°")); tf2.setText(String.valueOf(shidu1+"."+shidu2+"％")); if(wendu1>=w1&&wendu1<wx){ tf9.setText(String.valueOf("當前溫度低于舒適溫度")); } if(wendu1>wx&&wendu1<=w2){