物联网133项目实训报告

1、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日实习地占八、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)、网络家居(Network Home)、智能屋(Wise Hou

2、se, 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

3、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

4、 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

5、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。

6、（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

7、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

8、“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00P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PAND。根据工位号，按表 3 所示，设置ZigBee网络的信道号。表2 PAND设置表工位

9、号（16进 制）0102030405060708090APAND （ 16 进制）20102020203020402050206020702080209020A0工位号（16进 制）0B0C0D0E0F1011121314PAND （ 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网络角色，下载对应 Z-Stack到感知节点，将

10、 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 感知节点器。 感知节点“协调器”。 感知节点 感知节点调器 。 感知节点 感知节点2能根据无线接收到的指令,3能根据无线接收到的指令,5能根据无线接收到的指令,6能根据无线接收到的指令,4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”。 读取可燃气体数值

11、，并无线传输给“协调读取被动红外传感器状态，并无线传输给读取RFID卡号，并无线传输给“协调器”。 读取紧急报警按钮状态，并无线传输给“协2能根据无线接收到的指令，实现LED灯泡调光。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

12、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

13、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。（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

15、，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

16、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： 用户可通过界面操作

17、直接打开、关闭LED灯。 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： 报警测试。用户可通过界面操作直接打开、关闭声光报警器。 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，当检测到可燃气体传感器被触发或紧急报警按钮被按下时启动声光报警器。（7） 上述功能实现后交叉编译并移植到嵌入式网关上，可正常运行，插上USB鼠标后 若出现双光标或者出现拖影现象则不能得分。第四部分 系统应用软件的安装、编程与调试一

18、、 功能描述在 ZigBee 网络和嵌入式网关连接成功的基础上，在应用层主机上进行合理规范的软件 编程与系统调试工作，实现下列监控功能。1、实现直接对物联网智能终端设备（ RFID 读写器、 GSM Modem 、手持式 POS 刷卡机、 IP 摄像头等）的操作使用；2. 通过与嵌入式网关的服务器程序连接，实现对传感节点信息的监听、解析功能；3. 通过与嵌入式网关的服务器程序连接，实现对受控设备的控制功能；4. 编写传感节点和受控设备相关感知和控制信息的显示、存储等客户端程序；5. 编写信息显示和设备控制界面；6. 编写远程访问 Web 界面程序。二、工作任务采用Visual Studio 2

19、008 C#和ASP.net软件开发平台进行编程设计。 PC端提供设备自带 的二次开发包，选手通过编程实现以下功能，要求界面设计合理、美观。1、实现直接对物联网智能终端设备（RFID读写器、POS刷卡机等）的操作 与使用。（1）编写程序，实现对物业门禁卡的发卡、进出刷卡等管理；（2）编写程序，实现对储值卡的开卡、管理、消费余额信息查询、消费流水信息的短 消息发送。2、通过与网关通信，实现对传感节点信息的监听、解析功能。（1）配置网络环境，使上位机和网关能够实现网络通信；（2）根据通信协议，编写上位机程序实现对嵌入式网关的服务器程序连接，显示网关 发送的欢迎信息；（ 3）在运行界面上以十六进制形

20、式显示嵌入式网关应答的ZigBee 网络数据信息， 解析ZigBee 网络数据信息，实现利用相关控件对应显示当前网络中各个功能节点的类型（协调 器、路由器、终端节点） 、网络地址、物理地址；（4）在运行界面上以十进制形式显示嵌入式网关应答的光照度传感器数据信息，查询 后写入数据库；（5）在运行界面上以十进制形式显示嵌入式网关应答的电表数据信息，查询后写入数 据库。3、通过与网关通信，实现对受控设备的联动功能。在运行界面上通过点击相应按钮，可以实现打开/关闭 LED 灯泡。4、通过与网关通信，实现对传感节点（受控设备）相关感知（控制）信息 的显示、存储、联动等相关客户端程序。（ 1）当安防系统设

21、置为布防状态时， RFID 读卡器非法连续刷卡自动开启报警器报警， 摄像头抓拍实时监控图像， GSM Modem 发送短信至预置手机，运行页面显示监控图像；（ 2）RFID 读卡器读卡正确，则打开电控锁。5、编写远程访问 Web界面程序。编写远程访问 Web界面程序，实现对智能家居基本预存信息（光照度、用电信息）的 查询和显示。四、实训小组模块分工参考:项目实训模块分工参考参考人数项目总体设计（含实训报告中该部分的内容）1智能家居硬件设计（含实训报告中该部分的内容）1智能家居软件设计（含实训报告中该部分的内容）1系统软件设计（含实训报告中该部分的内容）1整个项目实训的协调测试（含实训报告中该部

22、分的内容）1五、系统软硬件配置1、计算机操作系统：Microsoft Windows 7 旗舰版 + IIS 6.0;软件开发平台：Microsoft Visual Studio 2008；开发语言：C#, ASP.ne；数据库管理系统平台：Microsoft SQL Server 2008；办公软件：Microsoft Office 2003 ；网络浏览器：Google Chrome；Z-STACK 开发平台：IAR EW8051 for TI Zigbee 7.51A ；TI 闪存编程软件：SmartRF04 Flash Programmer 绘图软件：Protel99seb

23、2、嵌入式系统嵌入式 CPU: S3C2440;RAM : 64M; NAND FLASH : 256M; NOR FLASH : 2M ;嵌入式操作系统：无，需用户定制；提供 Vboot、LINUX2.6.32 的源码 vboot-src-wxit.tar 和 linux-_wxit ；提供虚拟机 Ubuntu12.10 开发工具 QT Creator 2.5.2；提供必要的工具软件： mkyaffs2image、arm-linux-4.3.2 ；提供 QT4.8.3 的源码 qt-everywhere-opensource-src-4.8.3.tqr提供YAFFS文件系统r

24、oot_qtopia_wxit.tar，提供QT4.7图形库及中文字体库, 提供QT4环境配置脚本setqt4env。3、其他详见实训台、架。四、电路图eq riziS-1- si 祐砂 ria:J口 豐r :ATHTTn ri- d J .； 3 U匝 44 41到a x-3 a 叵医事涅时比=求鱼|3rnlTl.刖即中11 1用曲皿-F k!H!-、V OOJ J 4U丿I斗J肛占1 !TL 辛U1QS 114si O- APEi.4Bl g岂中It 4五、综合实训小结以及整个开发过程给自1. 阐述此专业综合实训设计过程的主要的难题及攻克难题的过程，己带来的收获。物联网项目综合实训是在无线

25、传感网络， Zigbee 应用开发之后开设的具有应 用型特点（操作性很强） 的专业课程实训。 整个开发过程让我们综合应用了前面 所学的相关专业基础知识， 提高我们观察问题、 分析问题及解决问题的能力。 使 我们掌握物联网技术的应用， 具备基本专业技能， 并为以后从事相关专业打下基 础。2. 阐述此专业综合实训设计过程对自己动手实践能力的影响， 对自己所学专业已有认识的 影响，对自己将来学习、工作兴趣方向的影响。物联网项目综合实训大大提高了我们的动手实践能力，将以前不愿做、不 想做、无能力做的事情都通过自己的努力做出来了， 这告诉我们： 知识最好的来 源是实践！ 想要更好地掌握一门知识， 最好的方法不是尽量的去多听多看， 而是 尽可能的自