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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（SmartHome），亦称数字家园（DigitalFamily）、家庭自动化（HomeAutomation）、电子家庭（E-home）、智能化住宅（IntelligentHome）、网络家居（NetworkHome）、智能屋（WiseHouse，WH）、智能建筑（IntelligentBuilding）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课题的研究与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与正常控制，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与快速。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、设计与实现3.1系统整体模型3.2系统实际运行图传输网络传感网络终端控制系统温湿度控制系统光照控制系统红外报警系统烟雾报警系统……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，不需要终端软件参与，暂时只处于查阅。在控制器与本地运行的情况下，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，采集温度高低与湿度信息，并通过最后采集的数据，控制风扇开关与转速，实现室内常温控制。（3）烟雾与红外报警检测烟雾与红外报警则是利用烟雾传感器与红外传感器，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、编程与调试一、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、编程与调试，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、接线与布线采用指定的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（每根线端放入与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①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）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）1617181920②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：①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”。②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”。③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”。④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”。⑤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”。⑥感知节点2能根据无线接收到的指令，实现LED灯泡调光。⑦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、编程与调试一、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。嵌入式网关负责与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、安装与配置嵌入式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，把与显示、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与配置注意：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。ZigBee协调器应用层主机嵌入式网关嵌入式服务器（程序）嵌入式客户端（QT程序）（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，服务器自动断开与该客户端的连接（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与开发注意：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灯、控制报警器，要求实现节点功能与节点物理地址（十六进制大写）的绑定。（绑定功能解释：绑定的最终目的是获得节点的网络地址；在ZigBee网络中节点物理地址是固定的，网络地址是协调器动态分配的。但对于ZigBee节点的控制是通过其网络地址进行的，所以在使用ZigBee节点进行某项功能操作时需把该功能与该节点的物理地址绑定，物理地址与其网络地址绑定；在对某个节点执行操作时需要执行如下查找过程：节点功能节点物理地址节点网络地址。详情可参考ZigBee通信协议）。（4）完善程序。实现对电表数据的读取并通过LCD控件显示，显示信息应与电表实际数值一致（包含总电量、尖电量、峰电量、平电量、谷电量5项数据。电量单位为KWH）。（5）完善程序。实现如下描述的“家居环境”控制功能：①用户可通过界面操作直接打开、关闭LED灯。②用户可通过界面自定义光照度控制阀值，当实际检测到的光照度数据小于控制阀值时自动开启LED灯（强光模式），当实际检测到的光照度数据大于控制阀值时关闭LED灯。（6）完善程序。实现如下描述的“家居安防”控制功能：①报警测试。用户可通过界面操作直接打开、关闭声光报警器。②报警联动。用户可通过界面操作初始化可燃气体传感器节点和紧急报警按钮节点，当检