《智能光電系統(tǒng)設(shè)計》課件 項目13 智能光電運維部署

項目13智能光電運維部署任務(wù)目標1、了解并學(xué)會使用智能光電運維部署平臺。2、實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳到智能光電運維部署平臺并進行顯示。13.1智能光電運維部署平臺介紹隨著數(shù)字化社會的不斷發(fā)展，人們對電子設(shè)備信息數(shù)據(jù)的運維管理的關(guān)注程度越來越高。運維管理可在事前提供預(yù)警以發(fā)現(xiàn)故障，可在事后提供翔實的數(shù)據(jù)用于追查定位，可自由聯(lián)動設(shè)備間的狀態(tài)信息等。如何高效、便利地解決設(shè)備數(shù)據(jù)運維管理方面的問題已成為各大企業(yè)共同關(guān)注的焦點。小米科技公司推出的米家智能光電管理平臺和華為科技公司推出的智慧生活硬件管理平臺軟件，可快速實現(xiàn)設(shè)備的添加與操作，可實現(xiàn)智能設(shè)備間的互聯(lián)互通，也可按照自己的使用習(xí)慣，設(shè)置個性化的智能場景要求。硬件設(shè)備運維檢測、移動互聯(lián)現(xiàn)已在商業(yè)化的市場中廣泛應(yīng)用，但在教育教學(xué)行業(yè)中還是一片空白，因此北京杰創(chuàng)永恒科技有限公司研發(fā)設(shè)計了適用于高校教學(xué)的智能光電部署運維平臺，此平臺可讓學(xué)生快速掌握移動硬件設(shè)備的組網(wǎng)原理、底層通訊協(xié)議、終端硬件結(jié)構(gòu)及驅(qū)動程序的開發(fā)配置等知識和技能，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)結(jié)合的教學(xué)新模式。13.2智能光電運維部署案例隨著人們生活水平的不斷提高，人們對社區(qū)居住環(huán)境、公共服務(wù)、便利化程度有了更多的需求，智慧化的管理模式越顯重要。本綜合案例運用智能光電運維部署平臺搭建智慧社區(qū)的智能化應(yīng)用管理系統(tǒng)。智慧社區(qū)使用的終端設(shè)備有LED燈、智能回收桶、溫度檢測器和掃地機器人等，如圖13-1。需要在運維部署平臺上完成終端的添加，聯(lián)動關(guān)系配置等，以滿足應(yīng)用場景需求，如在社區(qū)內(nèi)掃地機器人可根據(jù)平臺下發(fā)指令按照既定線路進行清掃作業(yè)工作，當清理完成后自動查找就近回收桶完成傾倒，智能回收桶具有稱重、位置檢測，桶內(nèi)超過預(yù)定限值自動上報平臺系統(tǒng)。LED燈檢測外部光照變化，當夜間自動開啟社區(qū)內(nèi)燈光照明，節(jié)省能源提高使用效率。溫度檢測器檢測天氣溫度變化并實時顯示，供社區(qū)內(nèi)居民參考生活氣象如穿衣、出行、洗車等建議。圖

13-1

智慧社區(qū)運維部署平臺13.2.1功能設(shè)計部署運維由應(yīng)用場景部署平臺、無線智能網(wǎng)關(guān)和多種自定義外圍智能設(shè)備構(gòu)成，實現(xiàn)了基于無線網(wǎng)絡(luò)的遠程智能檢測控制，可選擇通過多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類型實現(xiàn)通信。平臺基于windows操作系統(tǒng)，采用B/S架構(gòu)，使用瀏覽器形式登錄訪問固定地址，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、儲存和分析,達到對各種智能光電的控制與監(jiān)控，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互。平臺由系統(tǒng)主頁、設(shè)備列表、聯(lián)動配置、設(shè)備管理、設(shè)備搜索、實驗面板、用戶管理、系統(tǒng)設(shè)置和系統(tǒng)日志等9大功能塊組成。13.2.1功能設(shè)計1）系統(tǒng)主頁：如圖13-2所示是系統(tǒng)主頁，也是最初的登錄界面。圖13-2

系統(tǒng)主頁13.2.1功能設(shè)計2）設(shè)備列表：設(shè)備列表包括刷新列表根據(jù)連接設(shè)備情況自動識別外圍設(shè)備種類，可同時導(dǎo)出設(shè)備配置和導(dǎo)入設(shè)備配置操作，如圖13-3所示圖13-3

設(shè)備列表13.2.1功能設(shè)計3）聯(lián)動配置：聯(lián)動配置聯(lián)動規(guī)則為事件觸發(fā)類型，即滿足一定的條件后，觸發(fā)某個器件執(zhí)行動作。觸發(fā)動作的條件根據(jù)應(yīng)用場景具體的需求進行人工設(shè)定。設(shè)定完成后當應(yīng)用場景部署平臺檢測到調(diào)節(jié)滿足后就會觸發(fā)調(diào)節(jié)執(zhí)行指令，向智能光電產(chǎn)品發(fā)出廣播通知，通知相應(yīng)的智能光電產(chǎn)品執(zhí)行動作，從而滿足多個智能光電產(chǎn)品聯(lián)動的應(yīng)用場景。功能塊由添加規(guī)則、從文件導(dǎo)入、導(dǎo)出至文件、刷新列表、刪除選中規(guī)則、清空規(guī)則列表，如圖13-4所示。圖13-4聯(lián)動配置13.2.1功能設(shè)計4）設(shè)備管理設(shè)備管理可以查看控制設(shè)備詳細信息與遠程操作設(shè)備，具有刷新列表、導(dǎo)出設(shè)備配置、導(dǎo)入設(shè)備配置。設(shè)備基本信息如設(shè)備名稱，設(shè)備ID，設(shè)備圖片，軟件版本，協(xié)議類型，激活時間等，見圖13-5。圖13-5設(shè)備管理13.2.1功能設(shè)計5）設(shè)備搜索設(shè)備搜索為開始搜索、結(jié)束搜索、刷新設(shè)備、添加設(shè)備、主要為了完成外圍設(shè)備在線連接分析，只要當設(shè)備索搜到部署平臺上，才可對設(shè)備進行控制與監(jiān)控，見圖13-6。圖13-6設(shè)備搜索13.2.1功能設(shè)計6）實驗面板實驗面板由刷新設(shè)備、清空面板、面板全屏、從文件導(dǎo)入（輸入）、導(dǎo)出至文件（保存）以及設(shè)置面板菜單（可自定義外圍設(shè)備種類），見圖13-7。圖13-7實驗面板13.2.1功能設(shè)計7）用戶管理用戶管理用來管理識別用戶編號、用戶ID、用戶類型、登錄時間、操作信息。滿足集中統(tǒng)一化管理模式，見圖13-8。圖13-8用戶管理13.2.1功能設(shè)計8）系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置包括各種配置協(xié)議選擇（zigbee、bluebooth、433、rola，串口等）及重置數(shù)據(jù)庫操作，見圖13-9。圖13-9系統(tǒng)設(shè)置13.2.1功能設(shè)計9）系統(tǒng)日志系統(tǒng)日志由操作日志和設(shè)備日志?！安僮魅罩尽奔纯刹榭从脩舨僮飨嚓P(guān)記錄的日志，應(yīng)用場景部署平臺可自動記錄用戶對智能光電產(chǎn)品組件操作狀態(tài)的日志?！霸O(shè)備日志”即可查看設(shè)備運行相關(guān)記錄的日志，應(yīng)用場景部署平臺可自動記錄智能光電產(chǎn)品組件運行狀態(tài)相關(guān)日志，見圖13-10。圖13-10系統(tǒng)日志13.2.2硬件系統(tǒng)搭建13.2.2.1智能回收桶部署應(yīng)用運維平臺可根據(jù)用戶選擇添加自定義終端設(shè)備類型。本節(jié)已智慧社區(qū)添加智能回收桶為例。智能回收桶產(chǎn)品具有“紅外感應(yīng)開合”、“內(nèi)部溫度檢測”、“桶內(nèi)重量檢測”等功能；運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可無線設(shè)置控制，結(jié)合部署運維平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺與智能收回桶的遠程交互。實現(xiàn)24小時實時監(jiān)控，可設(shè)置定期進行對回收桶溫度采集，當采集容量高于設(shè)定值時候，主動上報平臺，做到防范火災(zāi)風(fēng)險。智能回收桶內(nèi)垃圾容量檢測，當垃圾容量高于設(shè)定值時候，主動上報平臺，并對垃圾進行及時處理等主要功能。13.2.2硬件系統(tǒng)搭建智能回收桶終端設(shè)備具體功能描述如圖13-11所示。圖13-11智能回收桶功能描述13.2.2硬件系統(tǒng)搭建智能回收桶與部署平臺連接配置：進入應(yīng)用場景平臺界面，點擊系統(tǒng)配置，選擇433通信配置，如圖13-12所示。圖13-12

433M通信配置13.2.2硬件系統(tǒng)搭建在433通信配置界面選擇正確的串口號，默認配置：波特率：115200，數(shù)據(jù)位：8位，校驗位：NONE，停止位1，通道號：1，通信使能打開。配置完成后點擊“確定”，如圖13-13所示。圖13-13

433M通信參數(shù)設(shè)置13.2.2硬件系統(tǒng)搭建進入設(shè)備搜索界面點擊開始搜索按鈕，再點擊刷新按鈕，可以看到搜索到設(shè)備為智能回收桶。選中相應(yīng)設(shè)備，點擊添加設(shè)備，系統(tǒng)提示添加成功，如圖13-14所示。圖13-14

設(shè)備搜索13.2.2硬件系統(tǒng)搭建設(shè)備添加完成后，打開設(shè)備列表，點擊刷新列表，可以看到剛才添加的智能光電產(chǎn)品組件已經(jīng)加入到設(shè)備管理列表中，如圖13-15所示。圖13-15

設(shè)備管理13.2.2硬件系統(tǒng)搭建點擊智能回收圖標，設(shè)備ID，然后點擊保存設(shè)備信息，如圖13-16所示。圖13-16

設(shè)備信息13.2.2硬件系統(tǒng)搭建智能光電產(chǎn)品組件下可以配置查看相關(guān)組件的參數(shù)信息及顯示讀取到的傳感器狀態(tài)，如圖13-17所示和13-18所示。圖13-17

溫度實時信息顯示圖13-18

稱重實時信息顯示13.2.2硬件系統(tǒng)搭建13.2.2.2智能燈本節(jié)添加智能WS2812彩燈模塊為例。智能WS2812彩燈模塊具有燈光照明，光線亮度調(diào)節(jié)變化；并使用STM32口袋機作為主控芯片，通過無線方式與應(yīng)用場景部署平臺進行遠程數(shù)據(jù)交互，模擬智慧社區(qū)燈控場景部署。智能燈構(gòu)成由以下3部分組成，見圖13-19。1、執(zhí)行端：LED矩陣燈珠，用來進行發(fā)光，通過不同顏色變換實現(xiàn)照明效果。2、控制端：利用STM32口袋機進行與平臺數(shù)據(jù)交互，并控制LED進行顏色切換。其中與平臺通信方式為無線433通信方式。3、平臺端：利用應(yīng)用場景部署平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取以及命令發(fā)出。圖13-19

智能燈構(gòu)成13.2.2硬件系統(tǒng)搭建智能燈與部署平臺連接配：將無線收發(fā)器（網(wǎng)關(guān)設(shè)備）通過USB先連接到應(yīng)用部署平臺服務(wù)器主機或電腦設(shè)備，如圖13-20所示。圖13-20無線收發(fā)器連接到服務(wù)器主機或電腦設(shè)備13.2.2硬件系統(tǒng)搭建使用STM32口袋機、WS2812燈珠模塊、433mhz無線模塊搭建硬件實驗電路，實現(xiàn)模擬社區(qū)智能燈光照片系統(tǒng)圖13-21設(shè)備端系統(tǒng)連接13.2.2硬件系統(tǒng)搭建進入應(yīng)用場景平臺界面，點擊系統(tǒng)配置，選擇433通信配置。在433通信配置界面選擇正確的串口號，默認配置：波特率：115200，數(shù)據(jù)位：8位，校驗位：NONE，停止位1，通道號：1，通信使能打開。配置完成后點擊“確定”。進入設(shè)備搜索界面點擊開始搜索按鈕，片刻后再點擊刷新按鈕，可以看到搜索到兩個設(shè)備分別是吸頂燈。選中相應(yīng)設(shè)備，點擊添加設(shè)備，系統(tǒng)提示添加成功，見圖13-22。圖13-22服務(wù)器主機設(shè)備搜索13.2.2硬件系統(tǒng)搭建設(shè)備添加完成后，打開設(shè)備列表，點擊刷新列表，可以看到剛才添加的智能光電產(chǎn)品組件已經(jīng)加入到設(shè)備管理列表中。圖13-23服務(wù)器主機設(shè)備添加13.2.2硬件系統(tǒng)搭建點擊吸頂燈，設(shè)備ID為3，然后點擊保存設(shè)備信息。圖13-24服務(wù)器主機開關(guān)控制13.2.2硬件系統(tǒng)搭建部署平臺中設(shè)置燈光為開啟狀態(tài)，在燈光開啟狀態(tài)下滑動亮度值，可改變燈光亮度，并可完成亮度狀態(tài)保存，下次上電會執(zhí)行保存的亮度值。圖13-25亮度調(diào)節(jié)13.2.2硬件系統(tǒng)搭建13.2.2.3智能溫度檢測本節(jié)添加溫度測量傳感器作為模擬社區(qū)溫度采集端，傳感器為單總線通信方式，采用STM32口袋機進行數(shù)據(jù)處理，通過433無線通信模組進行數(shù)據(jù)的交互，模擬智慧社區(qū)溫度采集場景部署。智能溫度檢測構(gòu)成由以下3部分組成，如圖13-26。1、采集端：通過DHT11溫濕度測量傳感器進行前端數(shù)據(jù)采集。2、控制端：利用STM32口袋機進行與平臺數(shù)據(jù)，交互，讀取傳感器數(shù)據(jù)，并顯示數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程平臺。通過無線433通信協(xié)議與平臺相互傳輸。3、平臺端：利用應(yīng)用場景部署平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取以及命令發(fā)出。圖13-26智能溫度檢測構(gòu)成13.2.2硬件系統(tǒng)搭建智能溫度檢測與部署平臺連接配置：將無線收發(fā)器（網(wǎng)關(guān)設(shè)備）通過USB先連接到應(yīng)用部署平臺服務(wù)器主機或電腦設(shè)備。使用STM32口袋機、DHT11溫濕度測量模塊、433mhz無線模塊搭建硬件實驗電路，模擬溫度測量場景。圖13-27

溫度連接13.2.2硬件系統(tǒng)搭建進入應(yīng)用場景平臺界面，點擊系統(tǒng)配置，選擇433通信配置。在433通信配置界面選擇正確的串口號，默認配置：波特率：115200，數(shù)據(jù)位：8位，校驗位：NONE，停止位1，通道號：1，通信使能打開。配置完成后點擊“確定”。進入設(shè)備搜索界面點擊開始搜索按鈕，片刻后再點擊刷新按鈕，可以看到搜索到兩個設(shè)備分別是吸頂燈。選中相應(yīng)設(shè)備，點擊添加設(shè)備，系統(tǒng)提示添加成功，如圖13-28。圖13-28

設(shè)備搜索13.2.2硬件系統(tǒng)搭建③設(shè)備添加完成后，打開設(shè)備列表，點擊刷新列表，可以看到剛才添加的智能光電產(chǎn)品組件已經(jīng)加入到設(shè)備管理列表中，如圖13-29。圖13-29設(shè)備管理13.2.2硬件系統(tǒng)搭建點擊吸頂燈，設(shè)備ID為2，然后點擊保存設(shè)備信息。圖13-30

設(shè)備信息及傳感數(shù)據(jù)13.2.2硬件系統(tǒng)搭建⑤在智能光電產(chǎn)品組件下可以配置相關(guān)組件的參數(shù)以及顯示讀取到的傳感器信息。實現(xiàn)本案例中應(yīng)用場景部署平臺要求的功能。圖13-31傳感器數(shù)據(jù)如圖13-31所示溫濕度數(shù)據(jù)已經(jīng)可以上傳到應(yīng)用場景部署平臺，用戶可以查看實時溫濕度數(shù)據(jù)。13.2.3協(xié)議分析智能光電設(shè)備部署網(wǎng)絡(luò)通訊為無線433協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，433無線具有寬工作段、傳輸距離遠、多信道，多速率、高速無線通訊，大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、低功耗、高可靠性。13.2.3.1協(xié)議流程在平臺網(wǎng)絡(luò)部署中，無線收發(fā)器與設(shè)備節(jié)點的通訊遵循這一定的邏輯，其協(xié)議流程包括四個步驟，分別為1、初始化部分，主要實現(xiàn)設(shè)備節(jié)點上電注冊，實現(xiàn)與上位機配置信息同步.2、上位機請求和控制部分，主要實現(xiàn)上位機請求設(shè)備節(jié)點信息、發(fā)送控制設(shè)備信息流程。3、節(jié)點信息處理部分，主要實現(xiàn)節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)報文流程和節(jié)點異常處理流程。4、信息報警部分，主要實現(xiàn)對信息異常、節(jié)點及時上報信息處理流程，如圖13-32。13.2.3協(xié)議分析圖13-32

協(xié)議流程13.2.3協(xié)議分析終端設(shè)備與應(yīng)用場景部署平臺通信過程如下所示，智能產(chǎn)品組件作為設(shè)備端為被動應(yīng)答從從機，應(yīng)用場景部署平臺為主機，主動發(fā)送廣播信息。當智能光電產(chǎn)品組件主機設(shè)備發(fā)送的廣播地址信息與被從機接收并進行解析，若解析后的設(shè)備地址與廣播的目標地址相同，那么從機就會根據(jù)主機發(fā)送的請求命令類型就行相應(yīng)的應(yīng)答，從而完成部署平臺與智能光電產(chǎn)品組件設(shè)備的數(shù)據(jù)通信交互，如圖13-33。圖13-33

協(xié)議通訊框架13.2.3協(xié)議分析13.2.3.2通訊協(xié)議在無線通信中，無線收發(fā)器和設(shè)備節(jié)點間數(shù)據(jù)包采用固定的格式設(shè)計。幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包括幀頭、長度、目的ID、源ID、幀類型、幀序號、命令、數(shù)據(jù)和校驗。表13-1中給出了數(shù)據(jù)包格式，字段分別是：前兩字段是幀頭、長度已確認接收標志。第三、四字段標志發(fā)送地址和接收地址。第五、六字段幀的類型字段區(qū)別幀的類型、序列號、最后三段分別為命令、數(shù)據(jù)和校驗，長度為1字節(jié)的命令字段攜帶數(shù)據(jù)內(nèi)容，其中數(shù)據(jù)長度因節(jié)點應(yīng)用不同而異。1字節(jié)校驗字段完成驗證整幀完整性。表13-1運維部署協(xié)議1byte2byte2byte2byte1byte1byte1byteXbyte1byte幀頭長度目的ID源ID幀類型序列號命令數(shù)據(jù)校驗13.2.4程序設(shè)計本例程程序以智能回收桶終端為例。編寫語言格式為C語言架構(gòu)形式，擁有代碼移植方便，程序復(fù)用率提高，程序架構(gòu)清晰，管理較為容易等特點，表11-5列出智能垃圾桶所使用功能塊函數(shù)定義，其他終端設(shè)備詳細代碼請掃描頁尾二維碼進行參考使用。13.2.5系統(tǒng)功能調(diào)試通過前面已經(jīng)添加了智能回收桶產(chǎn)品終端（如圖13-34所示），在智能光電產(chǎn)品部署完成后，通過設(shè)備聯(lián)動配置可以實現(xiàn)終端的控制和傳感器信號采集來完成協(xié)同工作任務(wù)，并可根據(jù)實際使用需求自行添加終端組件聯(lián)動功能，滿足智慧社區(qū)應(yīng)用場景。圖13-34

設(shè)備管理13.2.5系統(tǒng)功能調(diào)試13.2.5.1添加聯(lián)動規(guī)則在智能光電設(shè)備產(chǎn)品組件添加完成后，點擊“聯(lián)動配置”，在此界面下可以添加聯(lián)動規(guī)則。聯(lián)動規(guī)則為事件觸發(fā)類型，即滿足一定的條件后，觸發(fā)某個器件執(zhí)行動作。觸發(fā)動作的條件根據(jù)應(yīng)用場景具體的需求進行人工設(shè)定。設(shè)定完成后當應(yīng)用場景部署平臺檢測到調(diào)節(jié)滿足后就會觸發(fā)調(diào)節(jié)執(zhí)