ZYL太原理工物联网大三课程设计实验报告环境监测.docx
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ZYL太原理工物联网大三课程设计实验报告环境监测
课程设计
课程名称：
物联网感知课程设计
设计名称：
环境监测系统
专业班级：
物联1403学号：
2014002091
学生姓名：
赵羽龙
指导教师：
呼克佑
2016年12月23日
太原理工大学课程设计任务书
学生姓名
赵羽龙
专业班级
物联1403
课程名称
物联网感知课程设计
设计名称
环境监测系统
设计周数
2
设计
任务
主要
设计
参数
运用已学的编程工具及物联网实验箱设计一个《环境监测》系统，该系统可实现如下功能：
1.读取环境的温度、湿度通过串口通信，读取至电脑程序界面显示。
2.根据在程序界面设置温度、湿度的上下限值，完成显示相应的温湿度调节机器的工作状态。
3.将监测到的温湿度值保存至文本文件。
设计的基本要求如下：
（1）选择合适的传感器来完成温度、湿度数据的采集。
（2）制作相应的显示界面，将采集的变量值实时显示
设计的扩展要求如下：
判断温度过高过低、湿度过高过低时，通过电机控制空调、加湿器的启停。
设计内容
设计要求
1、收集技术资料：
理解设计任务、查阅相关资料、搭建开发平台。
2、确定总体设计思想：
方案论证比较、确定总体设计方案。
3、感知层和传输层的设计：
感知模块的选择、传输模式与接口程序的设计。
4、应用层的设计：
各模块的功能说明、程序流程、代码编写。
5、系统调试与运行：
验证各项功能的实现。
6、书写设计报告：
按照课程设计报告的要求，编写设计报告。
主要参考
资料
1、徐勇军．物联网实验教程.北京：
机械工业出版社.2011
2、李刚.疯狂JAVA讲义.电子工业出版社。
2016
3、KathySierra&BertBates.HeadFirst.中国电力出版社.2016
学生提交
归档文件
封面—任务书—目录—课程设计报告-参考文献
注：
1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：
封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）。
2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。
指导教师签名：
日期：
一．功能分析1
二．概要设计1
1．系统组成1
2.传感器选型1
三．详细设计1
1.硬件连接1
2．程序设计1
3．界面设计3
四．系统说明3
五．设计总结4
六．附录4
程序设计课程设计报告
专业：
物联网工程班级：
1403姓名：
赵羽龙学号：
2014002091完成日期：
2016/12/23
题目：
设计一个环境监测系统。
一．功能分析
环境监测系统主要包括对环境变量的采集和显示。
（1）选择合适的传感器来完成温度、湿度数据的采集。
（2）制作相应的显示界面，将采集的变量值实时显示。
（3）扩展功能：
判断温度过高过低、湿度过高过低时，通过电机控制空调、加湿器的启停。
二．概要设计
1．系统组成
系统大体组成包括：
传感器模块、数据传送模块和电机控制模块。
系统框图如图1所示。
由于传感器模块没有外接电路，因此需要通过中间的协调器将数据转为串口形式发送到PC机上。
图1系统框图
2.传感器选型
选择SHT10单片数字温湿度传感器来监测环境。
SHT10采用CMOSens专利技术将温度湿度传感器、A/D转换器及数字接口无缝结合，使传感器具有体积小、响应速度快、接口简单、性价比高等特点。
电路连接时，接口简单，两线连接，SHT10的两线串行接口（bidirectional2-wire）在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理，其总线类似I2C总线但并不兼容I2C总线。
三．详细设计
1.硬件连接
SHT10共有4个引脚，除了电源和地，数据和时钟引脚分别连接单片机P06、P07。
图2系统硬件框图
2．程序设计
（1）端口初始化程序
staticvoidGPIOInit（void）
{
P0SEL&=~（1<<6）;//时钟接口初始化，IO口功能选择
P0DIR|=（1<<6）;//IO口方向选择
P0SEL&=~（1<<7）;//数据接口初始化
P0DIR|=（1<<7）;//IO口方向选择
}
功能：
初始化SHT10接口；入口参数：
无；返回值：
无。
（2）传感器采集程序
staticuint16ReadSHT10（uint8param）
{
doubletemp;
uint8i;
uint16result;
uint16SORH=0;
DATA_OUTPUT;
DATA_HIGH;
SCK_OUTPUT;
SCK_LOW;
//通讯复位
for（i=0;i<10;i++）
SCK_HIGH;
MicroWait（30）;
SCK_LOW;
MicroWait（30）;
}
……
功能：
读取SHT10的温湿度值；入口参数：
0x00，温度；0x01，湿度；返回值：
温湿度值。
图3传感器工作时序图
SHT10工作时，要通过SCK引脚模拟时序来完成，因此，读传感器的数据时，需要单片机控制SCK产生一系列时序，配合DATA的变化以完成温湿度的数据采集。
对于采集到的湿度值需要通过以下的公式进行换算：
同样，温度值要经过以下换算，才能得到实际值，这些都在传感器的读写程序里完成。
3．界面设计
（1）选择eclipse软件工具，建立工程。
（2）设计显示界面。
选用java的swing、awt组件设计界面。
界面采用flowlayout与gridlayout嵌套布局。
按照环境监测系统功能的需要添加组件。
四．系统说明
本系统搭建了一个温湿度的采集显示环境，能够采集周围环境中的温度、湿度值，并且实时在PC机上显示。
PC机实时显示界面如图：
五．设计总结
系统采用SHT10单片数字温湿度传感器将温湿度采集集成在一起，数据的读取要采用时序控制来进行。
采集变量的实时显示由JAVA编制界面来完成。
我负责界面的设计和功能的实现。
首先选择eclipse软件工具，建立工程。
选用java的swing、awt组件设计界面。
根据功能需求将界面采用flowlayout与gridlayout嵌套布局。
按照环境监测系统功能的需要添加组件。
1.建立一个窗体，采用flowlayout布局。
2.添加一个标签，当作程序名称添加至窗体的North。
期间学习了设置文字的大小颜色。
3.将Center采用gridlayout，分为一行两列。
分别在两列中添加温度面板和湿度面板。
对布局更加熟悉。
4.分别在温度面板和湿度面板中添加当前值、上限值、下限值、及相应的调节机器的状态的标签和对应的显示的文本框。
5.对两个面板的当前值、上限值、下限值设置监听。
期间加深了对监听的设置和实现的理解。
6.添加串口通信面板和操作面板并对他们实现监听。
期间和学习了串口通信。
7.完成异常的抛出处理。
8.调用主函数即可完成界面的显示和相应功能。
在实验中遇到很多不懂的问题，通过书籍、上网查资料进行学习解决问题。
队友给我的
帮助很大。
在本次实验中增强了问题的处理能力、加深了对传感器感知，熟练了Java的编程能力。
六．附录
源程序文件名清单：
TempAndHum.h//传感器程序
Coordinator.h//协调器程序
//界面显示程序
共有5个包分别实现异常处理、串口管理、界面设计、数据处理、方法实现。
（程序的实现需要从网络下载配置串口通信的包）
实验结果已经老师检查，成功实现要求功能。
下面仅给出初始化界面的类和主函数的类代码。
packagecom.zyl;
importjava.io.File;
importjava.io.FileOutputStream;
importjava.io.PrintWriter;
importgnu.io.SerialPort;
importgnu.io.SerialPortEvent;
importgnu.io.SerialPortEventListener;
importjava.text.*;
importjava.awt.*;
importjava.awt.event.ActionEvent;
importjava.awt.event.ActionListener;
importjava.util.List;
importjavax.swing.border.EtchedBorder;
importjavax.swing.border.TitledBorder;
importcom.yang.serialport.exception.NoSuchPort;
importcom.yang.serialport.exception.NotASerialPort;
importcom.yang.serialport.exception.PortInUse;
importcom.yang.serialport.exception.SerialPortParameterFailure;
importcom.yang.serialport.exception.TooManyListeners;
importcom.yang.serialport.manage.SerialPortManager;
importcom.yang.serialport.utils.ByteUtils;
importcom.yang.serialport.utils.ShowUtils;
importjava.awt.Color;
importjavax.swing.BorderFactory;
importjavax.swing.JButton;
importjavax.swing.JComboBox;
importjavax.swing.JFrame;
importjavax.swing.JLabel;
importjavax.swing.JPanel;
//窗口初始化
publicclassCshextendsJFrameimplementsData{
publicstaticDoublesdz=0.00;
publicstaticDoublewdz=0.00;
booleanthereIsSomeOne=false;
booleantheDoorIsOpen=false;
/**
*程序界面宽度
*/
publicstaticfinalintWIDTH=500;
/**
*程序界面高度
*/
publicstaticfinalintHEIGHT=360;
//privateJTextAreadataView=newJTextArea（）;
//privateJScrollPanescrollDataView=newJScrollPane（dataView）;
//串口设置面板
privateJPanelserialPortPanel=newJPanel（）;
privateJLabelserialPortLabel=newJLabel（"串口"）;
privateJLabelbaudrate
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