物联网133项目实训报告.docx

1、物联网133项目实训报告学生实训报告册课程名称： 物联网项目综合实训 姓名：组员：黄东健，何京晶，葛稹，丁明珂，杨丽梅班 级 物联网133 指 导 教 师 许常青 实 习 时 间 3月9日3月20日 实 习 地 点 J4-208 物联网工程系2015年 3 月 20 日第一部分、引言1.1 背景及意义随着人们生活水平的提高和科技的发展，家庭智能化已成为一种必然趋势而深入千家万户。家庭智能化即智能化家居（Smart Home），亦称数字家园（Digital Family）、家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（E-home）、智能化住宅（Intelligent Home）、网络

2、家居（Network Home）、智能屋（Wise House，WH）、智能建筑（Intelligent Building）等。它是利用计算机、通信、网络、电力自动化、信息、结构化布线、无线等技术将所有不同的设备应用和综合功能互连于一体的系统。它以住宅为平台，兼备建筑、网络家电、通信、家电设备自动化、远程医疗、家庭办公、娱乐等功能，集系统、结构、服务、管理为一体的安全、便利、舒适、节能、娱乐、高效、环保的居住环境。因此，学习了物联网应用，也就将试着操作完成此项物联网项目的简易综合实训课题。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

3、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

4、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。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

5、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

6、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、

7、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

8、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00协调器感知节点11路由电表感知节点22路由光照度传感器LED灯泡感知节点33路由可燃气体传感器电动窗帘感知节点44终端温湿度传感器紧急按钮感知节点55终端被动红外传感器声光报警器感知节点66终端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Zi

9、gBee网络的信道号。表2 PAN_ID设置表工位号（16进制）0102030405060708090APAN_ID（16进制）20102020203020402050206020702080209020A0工位号（16进制）0B0C0D0E0F1011121314PAN_ID（16进制）20B020C020D020E020F021002110212021302140表3 信道号设置表工位号（10进制）01020304050607080910信道号（10进制）1112131415工位号（10进制）11121314151617181920信道号（10进制）1617181920根据ZigBee网络

10、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

11、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、编程和调试一、功能描述根据任务要求，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

12、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 三层结构图二、工作任务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

13、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ZigB

14、ee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 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，编写并完善基于QT Creator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