物联网133项目实训报告文档格式.docx
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1.2课题的研究和目的
本项目基于物联网，操作完成物联网应用综合实训操作架上智能家居模拟器械，实现实验架上各个仪器根据所需要求进行正常检测和正常控制，保证协调器、路由器和终端的平稳正确连接，实现例如电表、报警器、灯光、风扇以及窗帘等模拟机器的智能化控制。
二、项目需求分析
2.1系统需求
该系统需要有：
（1）终端控制系统
（2）无线传输系统
（3）各仪器的处理系统
2.2系统实现要求
（1）对于该系统，在终端控制系统中，对于各节点反馈的信息能做出快速处理，并快速传出，进而控制整个系统，对于该系统具有绝对控制权。
（2）无线数据传输系统要求其实现远程传输，在传输过程中保证数据的精准和快速。
由于其组网方便，布局容易且已经架设布局，可以选择创建无线专网或利用已有网络
（3）通过程序，结合接收到的各种信息，使得各个仪器完成智能控制，如根据光照，温度，湿度等改变工作状态，或者由终端直接命令处理，实现简易的家居智能化。
三、设计和实现
3.1系统整体模型
3.2系统实际运行图
原理：
通过移动终端设备箱控制节点发送相应指令，相应节点通过光电转换发送至相应设备，完成相应的动作。
3.3设计的详细流程
3.3.1控制终端
①系统运行
在默认条件下，控制端工作在本地工作方式，各控制器运行程序按照设置的参数进行各自工作，不需要终端软件参和，暂时只处于查阅。
在控制器和本地运行的情况下，终端可以随时中断控制器的程序，接替传感器对其进行控制，直到终端退出控制，传感器控制则再次运行。
②建立监控检测
终端随时对整个系统运行进行检测，如出现故障及时通知或报警，便于快速准确地对其进行维护。
3.3.2传输网络
无线网络组网方便、布局容易并且维护简单，并已大范围应用于各种领域。
我们便可以采用自己组建无线专网的通信方式，亦或选择利用已有的无线网络通信方式。
3.3.3智能家居控制监测系统
（1）光检测
光检测是利用光传感器，采集光的大小，通过采集的数据，控制灯的开关及其亮度以及窗帘的开关，从而实现家居照明的节能高效。
（2）温湿度检测
温湿度检测是利用温湿度传感器，采集温度高低和湿度信息，并通过最后采集的数据，控制风扇开关和转速，实现室内常温控制。
（3）烟雾和红外报警检测
烟雾和红外报警则是利用烟雾传感器和红外传感器，采集烟雾浓度以及红外信号收集，检测室内安全情况，判断并控制报警，实现家居智能安全化。
（4）故障检测
故障检测主要是由安装在各单玉控制器实现的，通过电流检测查看是否故障。
如若故障，通过其电流将会极小甚至为零，无法运行，则其电压的低于基准电压，通过电压比较电路给单片机送入终端或报警提示，通知其发生故障。
第二部分硬件设备的安装、编程和调试
一、功能描述
根据任务书要求，在工作环境中，进行智能家居监控系统硬件设备的选型、安装、接线、编程和调试，硬件设备主要包括各类传感器和执行器、安防监测设备、远程电表设备等。
二、工作任务
1、器件安装
将提供的开关电源、3.3V电压模块、四路隔离继电器模块、PWM调压模块、RS232-485转换器、温湿度传感器节点、被动红外传感器节点、可燃气体传感器节点、光照度监控节点、电控锁、声光报警器、LED灯泡、RFID读卡器、智能电表、IP摄像头、电动窗帘等器件安装在装置适当位置。
（注：
断路器及系统进线电源已事先安装好，不需安装）。
2、系统接线图绘制、接线和布线
采用指定的Protel软件绘制系统接线图，要求标注线号，并按接线图在实训装置上设计布线路径，完成智能家居监控系统的布线和各设备器件的接线（每根线端放入和系统接线图线号相对应的号码管，线头要求采用上锡处理，端接线头要求焊接并套热熔管处理）。
3、无线感知层的调测
每组提供7个感知节点模块，并提供两个半定制ZigBee协议栈，网络拓扑已设定成网状网，包含“协调器”、“路由”及“终端”三种网络角色，其中“协调器”已具备网络管理及数据转发功能，“路由”已具备读取电表信息功能，其余功能实现符合发布的“无线组网通信协议”，7个感知节点模块对应信息如表1所示：
表1感知节点信息表
节点模块
标签号
网络角色
传感器
执行器
感知节点0
协调器
感知节点1
1
路由
电表
感知节点2
2
光照度传感器
LED灯泡
感知节点3
3
可燃气体传感器
电动窗帘
感知节点4
4
终端
温湿度传感器
紧急按钮
感知节点5
5
被动红外传感器
声光报警器
感知节点6
6
RFID读卡器
电控锁
（1）感知节点设置
根据工位号，按表2所示，设置
ZigBee网络的PAN_ID。
根据工位号，按表3所示，设置
ZigBee网络的信道号。
表2PAN_ID设置表
工位号（16进制）
01
02
03
04
05
06
07
08
09
0A
PAN_ID（16进制）
2010
2020
2030
2040
2050
2060
2070
2080
2090
20A0
0B
0C
0D
0E
0F
10
11
12
13
14
20B0
20C0
20D0
20E0
20F0
2100
2110
2120
2130
2140
表3信道号设置表
工位号（10进制）
信道号（10进制）
15
16
17
18
19
20
根据ZigBee网络角色，下载对应Z-Stack到感知节点，将0号感知节点配置成“协调器”，1-6号感知节点根据表1配置成“路由”和“终端”，并将这7个节点组成无线传感网，网络拓扑为网状网。
（2）完善感知节点ZigBee协议栈代码
根据表1，在1-6号感知节点上安装传感器及连接执行器，完成对应的感知节点功能配置。
感知节点功能配置完毕后，修改ZigBee协议栈，完成下述功能：
感知节点2能根据无线接收到的指令，读取光照度值，并无线传输给“协调器”。
感知节点3能根据无线接收到的指令，读取可燃气体数值，并无线传输给“协调器”。
感知节点5能根据无线接收到的指令，读取被动红外传感器状态，并无线传输给“协调器”。
感知节点6能根据无线接收到的指令，读取RFID卡号，并无线传输给“协调器”。
感知节点4能根据无线接收到的指令，读取紧急报警按钮状态，并无线传输给“协调器”。
感知节点2能根据无线接收到的指令，实现LED灯泡调光。
感知节点3能根据无线接收到的指令，控制电动窗帘左移、右移和停止。
第三部分嵌入式网关设备的安装、编程和调试
根据任务要求，在网关上定制嵌入式操作系统及相关的文件系统，开发出具有数据转发功能的服务器，并根据任务要求完善客户端程序，以实现对ZigBee网络节点信息的读取和控制。
图1所示为系统三层结构。
嵌入式网关负责和ZigBee协调器、应用层主机的通信，其中“嵌入式客户端”和“应用层主机”都通过“嵌入式服务器”获取ZigBee协调器信息，统称为“客户端”：
下述工作任务中所提及的“超级终端”为嵌入式系统调试软件。
图1三层结构图
1、安装嵌入式网关外围设备
根据后面所述的任务要求，完成嵌入式外围设备的硬件连接，网关和ZigBee协调器连接
2、嵌入式开发环境配置
（1）安装WINDOWS环境下所需的各类硬件驱动。
（2）完善LINUX下的QT开发环境。
3、为嵌入式硬件制作、安装和配置嵌入式LINUX系统
（1）制作引导系统并下载至嵌入式硬件中。
（2）根据硬件情况，把和显示、网络、串口等后续用到的相关硬件驱动定制到嵌入式LINUX内核中，并下载至嵌入式硬件中。
（3）制作YAFFS文件系统并下载至嵌入式硬件中，布置QT4运行环境。
4、嵌入式服务器的开发和配置
注意：
进行此部分解答时，根据需要自行搭建网络环境
根据下述的功能描述，开发出一个具有数据转发功能的“嵌入式服务器”，功能实现后移植到网关上并能正常运行。
其中第1、3、5项功能通过客户端查看结果，第2、4项功能通过超级终端查看结果。
（1）服务器能监听本机的所有网络接口，监听端口为10200；
服务器能接受客户端的连接和数据请求，当有客户端连接时返回工位号+“串口服务器”欢迎信息（中文）。
比如01工位号应返回“01串口服务器”字样。
（2）服务器端接收客户端的数据请求并转发数据请求给ZigBee协调器。
（3）服务器端能监听ZigBee协调器信息，并用广播形式转发协调器数据信息给客户端。
（4）服务器端能在超级终端显示客户端的请求及数据返回信息（要求输出字符及相应十六进制两种形式并有文字标识）。
（5）客户端连接超时断开功能。
客户端连接上服务器后，假若2分钟内无任何数据请求，服务器自动断开和该客户端的连接（设定时间2分钟）。
（6）上述功能实现后交叉编译并移植到网关上，可正常运行。
5、嵌入式客户端程序配置和开发
根据下述的功能描述，编写并完善基于QTCreator开发平台的智能家居监控系统嵌入式客户端，将该客户端连接到上述4中开发的嵌入式服务器。
功能实现后编译并下载到开发板，并能进行正确的操作演示。
（1）自行设计界面，要求界面布局合理（建议设计4个页面）。
（2）“系统控制”功能。
智能家居监控系统能连接上述4中开发的嵌入式服务器并显示服务器返回的欢迎信息，连接上服务器后通过相应按钮可获得ZigBee网络信息并显示，要求能够显示节点总数（十进制）、节点类型、节点物理地址（十六进制大写）、节点网络地址（十进制），同时用户也可通过页面断开连接或退出应用程序。
（3）
“节点绑定”功能。
节点功能有：
读电表数据、读光照度数据、读可燃气体状态、读紧急报警按钮状态、控制LED
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