【基于 STM32 的教室环境检测系统的设计11000字（论文）】

基于STM32的教室环境检测系统的设计摘要近年来，我国教育规模不断扩大，一方面体现在在校学生总人数逐年增加，另一方面体现在大量新建、改建教学楼和校舍投入使用。教学楼修建过程中，由于大量建筑材料的使用、教学设备的安装等因素，新建教学楼的室内空气质量常出现不达标的问题。在用的教学楼，也普遍缺乏对卫生间气味检测、教室内的二氧化碳浓度测量、家居有害气体排放浓度测量等。教学楼内人员密度大、流动频繁，空气污染问题如果不能及时被发现并加以控制，将会对广大师生的身心健康造成严重影响。目前存在的主要问题，一是教学楼内未安装有针对性的空气质量检测设备，二是安装有部分气体的检测，但不全面，缺少整体评价。针对上述问题，本文设计并实现了基于物联网技术的教学楼空气质量监测系统。分析了教学楼场景下的室内空气质量监测的实际需求，设计了系统架构，完成了两类空气质量监测节点的软硬件设计，搭建了教学楼空气质量监测系统，并且进行了系统性能测试与系统功能测试。关键词：STM32；环境监测系统；智能控制目录TOC\o"1-3"\h\u16394摘要 112060第1章绪论 4185051.1研究背景 488991.2研究背景 521951第2章基于STM32的教室环境检测系统设计理念 562092.1系统的物理架构 557062.2系统整体设计概括 6944第3章系统硬件平台设计与实现 772803.1主控制器模块 7105053.2数据采集模块 8209013.2.1甲醛采集模块 8132583.2.2温湿度采集模块 10255703.2.3光照采集模块 13206563.2.4二氧化碳采集模块 14207243.2.5PM2.5采集模块 165963.3无线通信模块 1713093.4硬件平台搭建 1828596第4章系统软件平台设计与实现 19286824.1Web平台设计 1991914.1.1用户登录 19189844.1.2网站主页面 20124284.1.3实时数据显示 21219754.1.4曲线分析 22288654.2Android客户端设计 227884.2.1用户登录 22226794.2.2系统主页面 23208764.2.3环境监测系统 24239045.2.4系统阀值设定 25277074.2.5报警记录 2595554.2.6家电控制 2648644.3通信协议设计 2624912第5章系统测试与应用 28188905.1通信测试 2825115.2硬件平台测试 29169785.3功能模块测试 3016449总结 3123677致谢 3224675参考文献 33第1章绪论1.1研究背景随着经济的不断发展，空气污染对人们的身心健康影响也越来越大。空气污染己经严重损害了人们的健康，不仅是室外的空气对人身体有害，室内空气质量差对健康损害也很大。据研究表明室内空气污染是室外空气污染的数倍，并且人们在室内活动的时间约占总时间的90%。2016年世界银行发布的一份统计报告指出，空气污染、肥胖、饮食和吸烟是世界上引起死亡的四大最主要的诱因。不仅如此，在全世界范围内空气污染还造成直接或间接经济损失巨大，据美国环境保护署的调查得知，仅美国每年因空气污染造成的损失高达400多亿美元。我国的空气污染形势也十分严峻，清华大学的胡鞍钢教授在研究报告中表明，至少有2.7亿的中国人的生活受到空气污染的影响，由于空气污染原因，每年新增1500万例支气管炎病患者，有23000人死于呼吸道疾病，其中青少年占有很大的比例。2001年国家标准委员会发布了《民用工程建筑室内空气环境污染控制规范》GB50325-2001旨在减少室内空气污染对人的健康的损害，同时也为室内空气质量评价体系提供了权威的标准。2002年卫生部、国家环保总局及国家质量监督检验检疫总局又联合颁布的《室内空气质量标准》GB/T18883-2002，己在次年正式生效。该标准的部分内容如表1.1所示。人们可以根据该标准针对性改善室内的空气质量。表1.1室内空气质量标准值表2020年新型冠状病毒的爆发也让我们认识到了教室作为高密度人居场所，一旦教室出现疫情，那么传播速度将会十分迅速。高密度人群教室不仅会受到传染病的侵扰，还会受到化学性挥发物的伤害。在新装修的教室中，装修的涂料、油漆、课桌、座椅等会释放甲醛，甲醛超标会引发白血病。有研究表明，80%白血病患者是因为住进新装修的房间吸入含有甲醛的空气导致的。当冬天来临时，教室窗户长时间处于封闭状态，加上教室里的学生较多，产生的二氧化碳的浓度会高出正常值几十倍，当教室的二氧化碳浓度过高时，会使学生们容易犯困，极大地降低了学习效率。1.2研究背景随着时代的进步，现在市场上各种空气质量检测设备开始出现。传统的空气质量评估设备测量的气体比较单一，价格比较昂贵，空气质量的评估不够全面。而且近几年来的室内空气质量评估系统基本都是针对家庭卧室、商场和医院的空气质量评估设备的比较多，缺少专门针对教室的空气质量评估的设备。传统的空气质量评估设备大多数只是评估各个空气成分，无法实现对空气的调控功能，改善空气质量。现在的中小学教室使用的基本上使用中央空调来调温和换风，使用中央空调换风的耗能较大，而且出现新冠肺炎传染病时会发生病毒的气溶胶传播，感染风险极大，无法达到教室空气调控效果。综上所述，教室空气质量感知与调控系统的研究不仅能为降低教室二氧化碳的浓度、提高老师教学和学生学习效率提供切实可行的解决方案，还能够为新型冠状病毒或其他传染病的防控提供有力的防疫措施。该系统也对教室空气的改善、保护学生身体健康具有重要的意义，为现代化教室的建设提供了新思路，具有一定的实用价值。第2章基于STM32的教室环境检测系统设计理念2.1系统的物理架构物联网的物理结构图如下图2.3所示。从下至上分别为感知层、网络层和应用层，其中在应用层中，可以将物联网的技术应用于节能减排、环境监测、安全防范、智能家居、现代农业、智能电网、智能交通等行业中。在本论文我们就是将现代物联网技术应用在了室内环境监测方面。在系统最底层的感知层主要负责对环境因子的数据进行采集，同时接受应用层的控制命令，并作出相应的动作。中间的网络层则负责数据信号的传输。最顶层的应用层是对网络层传输过来的数据信息进行分析和处理，应用层是主要面向用户的，一般包括手机客户端应用程序（APP）和Web平台。图2.3物联网物理结构2.2系统整体设计概括基于以上对系统的需求和物理架构的分析，室内环境质量检测系统的整体架构如图2.4所示。该系统主要包括两个方面的设计，分别是硬件平台的设计和软件平台的设计。硬件平台中主控制器芯片是STM犯系列单片机，其强大的功能能够满足系统的需求。CPRS通信模块主要包括两个部分，一个是SIM900通信模块，另一个是以PIC系列单片机为控制芯片的控制模块，该通信模块实现数据的上传和控制指令的接受。数据采集模块采集的室内的环境参数通过STM32单片机发送至CPRS通信模块，通信模块再将数据发送至服务器，并将数据存储在数据库中。当环境参数超出设定值时，CPRS通信模块还可以给用户发送报警信息，用户可以根据报警信息来进行相应的操作。这时用户可以通过手机客户端来下发控制指令到下位机，下位机执行控制指令到具体的响应模块，来控制窗帘、灯、或者空调的开关。软件平台主要有Web端和Android手机端，在系统的设计中，Android客户端是面向于广大用户的，Web端是面向于装修公司的管理员的，分别来设计可以方便管理员和用户了解装修后房屋的室内环境情况。为了便于用户更直观的看到室内环境数据，我们又增加了一个液晶显示模块，用来显示当前的环境参数。图2.4室内环境检测系统整体架构图第3章系统硬件平台设计与实现3.1主控制器模块本论文系统硬件电路设计中控制器采用STM32系列的STM32F103zET6芯片，该芯片是由意法半导体公司（ST）推出，是一款采用了Cortex-M3内核架构的32位ARM微控制器。该芯片具有的高性能和低功耗的特点成为广大用户的首先。由于STM32系列芯片具有高性能的特点，所以被广泛应用于一些需要低功耗和运算能力强的场合。其常见的应用场合如下：（1）工业控制场合：打印机、PLC、工业变频器等。（2）低能耗场合：电子血压计、电表等。（3）物联网系统：智能家居、智能农业、智能工业等物联网系统。（4）通讯应用：报警系统、对讲机。（5）电子产品：PC游戏外设、手持设备、CPS平台。本系统中采用的STM32F103zET6芯片属于STM32F103加强型产品，其工作频率最高至72MHZ，该芯片集成了定时器、CAN、I2C、SPI、ADC、USB、UART等多种功能。STM32F103系列的MCU内部结构如下图4.1所示。国4.1STM32内部结构图3.2数据采集模块本系统硬件电路中对环境因子的数据采集一共分为五个功能模块，分别为甲醛采集模块、温湿度采集模块、光照强度采集模块、C02采集模块和PM2.5采集模块。所以接下来要主要对这几个模块展开介绍。3.2.1甲醛采集模块本论文中对甲醛浓度的采集是采用广州市某科技公司生产是MQ138气体检测模块，该模块传感器使用的气敏元件是二氧化锡（Sn02），二氧化锡在干净的空气中电导率很小，所以当处于含有有机蒸汽的空间中时，传感器的电导率会随着空气中有机蒸汽浓度变化而变化，具体表现为随浓度的增加而增大，MQ138气体检测模块中使用较为简单的电路将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的电压信号进行输出。该传感器对于甲醛的灵敏度极高，同时具有寿命长、成本低的特点，在一定程度上可以节约成本。下面对MQ138气体检测模块进行介绍。（1）MQ138气体传感器性能MQ138传感器对甲醛浓度的测量范围是5-500ppm，即3.75-375mg/m3，工作电压是DC4.8-5.2V，工作环境温度为-10℃-50℃。MQ138气体检测模块的技术对数如下表4.1所不。表4.1MQ138气体检测模块的技术对数（2）MQ138气体检测模块引脚说明本系统中甲醛浓度的采集模块用到的传感器是MQ138气体传感器，该传感器模块有四个引脚，分别为VCC、DOUT、AOUT、和CND。VCC用来连接电源的正极，CND用来连接电源的负极，DOUT为电平信号输出接口，AOUT为模拟信号的输出接口。可以根据AOUT的输出值计算出甲醛气体的浓度。MQ138传感器模块如下图4.2所示。图4.2MQ138传感器模块（3）MQ138气体传感器工作原理及物理转换MQ138传感器在不同的环境中可以计算出MQ气体传感器的灵敏度（R0/RS），根据灵敏度和气体浓度之间的对数关系计算出相应气体的浓度。下面将介绍具体的计算方法。在干净的空气中，可以按照公式来计算气敏元件的电阻值，公式4-1如下：（4-1）其中，VCC表示电源的供电电压，RL表示气敏元件的负载电阻，VRL表示在干净空气中AOUT引脚输出的值。当传感器检钡」到气体时，测出AOUT的输出值，可以由公式计算出RS的值。公式4-2如下：（4-2）其中，部分参数同上，值得注意的是，此时VRL表示的值是检测气体后AOUT的值。根据MQ138传感器的数据手册可知，气敏元件的灵敏度与测定气体浓度之间存在对数关系。具体关系表达式4-3如下：LnS=a+blnV（4-3）其中，S=R0/RS，表示其灵敏度，V表示气体浓度，a、b为修正参数。根据上述几个公式可以计算出测定气体的浓度，注意此时计算出的气体浓度的单位是PPm，而我国的标准单位是mg/m3，所以要进行单位间的换算，具体的换算公式4-4如下：X=（4-4）其中，X表示气体污染物以每立方米的毫克数作为单位的浓度值，M代表污染物分子量，C代表污染物是以ppm单位的浓度值。3.2.2温湿度采集模块本系统中对室内环境中温湿度的采集时采用的DHTZI数字温湿度传感器，该传感器具有高稳定性和可靠性。同时还集成了温湿度传感器技术和数字模块采集技术。其应用领域广泛，可应用在家电、医疗、自动控制、暖通空调、气象站、湿度调节器、测试及检测设备等场合。（1）DHTZI温湿度传感器的性能说明如下表4.2所示。表4.2DHT21温湿度传感器的性能（2）DHTZI温湿度传感器的引脚说明DHT21温湿度传感器有四个引脚，分别为VDD、DATA、GND、NC。引脚说明如下表4.3。表4.3DHT21温度传感器引脚说明DHT21温湿度传感器模块如下图4.3所示。图中红色线代表VCC，黄色线代表DATAOUT数据输出，黑色线代表CND（接地）。在实验室使用该传感器时，需上电等待1S后再发送相应的指令，为了达到去祸滤波的目的，可以在电源引脚之间加上一个l00nF的电容。图4.3DHT温湿度传感器模块图4.4DHT21与MCU连接图（3）DHTZI温湿度传感器的单总线接口说明DHTZI温湿度传感器采用单总线数据格式，也就是上述所说的DATA引脚可以用于控制器与DHTZI之间的通讯和同步，一次通讯时间在sms左右。具体的单总线的数据格式如下面说明，当前的数据传输是4obit，高位先出。数据格式：40bit数据=16bit湿度数据+l6bit温度数据8bit校验和例子：接收40bit数据如下：0000001010001100000000010101111111101110湿度数据温度数据校验和湿度高8位+湿度低8位+温度高8位+温度低8位=的末8位=校验和例如：00000010+10001100+00000001+01011111=11101110湿度=65.2%RH温度=35.1℃当温度低于O℃时温度数据的最高位置1。例如：-10.1℃表示为10000000011001013.2.3光照采集模块本论文系统中对光照强度的采集是使用的BH175O传感器模块，该传感器是由日本ROHM公司推出的一款数字式光照传感器。（1）BH1750传感器性能BH175o传感器的性能如下面表格4.4所示。表4.4BH1750传感器性能（2）BH175o传感器模块引脚说明BH175O传感器模块有五个引脚，分别为VCC、CND、ADDR、SCL和SDA，其中VCC用来接电源的正极，CND用来接电源的负极或者接地，ADDR是地址选择引脚，SCL是12c总线的串行时钟信号引脚，SDA是12c总线的串行数据引脚。其模块如图4.5所示。图4.5BH1750传感器模块（3）BH1750传感器工作原理在工作时序上，BH1750传感器与I2C总线相同。下面对BH1750传感器的常用命令进行介绍。BH175O的寻址命令由八位二进制数0和1组成，包括七位地址标识位和一位读写位，其中读写位中O代表写，1代表读。BH175O常用命令如下表4.5所示。表4.5BH1750常用命令3.2.4二氧化碳采集模块本论文系统中对二氧化碳的采集使用的是MG-811传感器，该传感器属于固体电解质型传感器，具有较好的灵敏度和选择性。（1）MG-811传感器的性能MG-811传感器的性能如下表4.6所示。表4.6MG-811传感器性能（2）MG-811传感器模块引脚说明MG-811传感器模块有五个引脚，分别为VCC、DOUT、AOUT、CND和TCM，VCC是来接电源的正极，CND用来接电源的负极或者接地，DOUT为输出引脚，AOUT为测量的二氧化碳的电压值，TCM为温度补偿输出引脚。MG-811传感器模块如下图4.6所示。图4.6MG-811传感器模块（3）MG-811传感器工作原理和物理量转换MG-811传感器模块的原理图如下图4.7所示。图4.7MG-811传感器模块的原理图由原理图可以知道，传感器与高输入阻抗运算放大器CA3140A相连接，由AOUT引脚输出经过放大电路的二氧化碳的EMF值，输出的电压，为模拟量，根据以下公式4-5可以计算出二氧化碳的EMF值Uco2。（4-5）其中Rl为20K，R3为10K。由MG-811的灵敏度可以得知，MG-811传感器的EMF（电压值）随二氧化碳浓度的变化而变化，所以，与二氧化碳浓度之间的对数关系表达式如4-6：（4-6）其中，为二氧化碳的浓度，单位是PPm，a、b为公式的修正参数。根据灵敏度特性以及数学运算方法，计算出二氧化碳的浓度，然后按照国家标准将二氧化碳浓度的单位ppm换算为%，单位间的换算关系为4-7所示：（4-7）3.2.5PM2.5采集模块本论文系统中用来采集PM2.5的是SDSOll传感器，该传感器是采用激光散射的原理，得到空气中PM2.5的浓度。具有数据准确、响应快速、便于集成、分辨率高等特点，同时该传感器模块内置风扇。其可以应用于PM2.5检测仪、净化器、过滤系统等，应用范围广泛。（1）SDSOll传感器模块的性能SDS011传感器模块的性能如下表4.7所示。表4.7SDS011传感器模块的性能（2）SDS0ll传感器模块的引脚说明SDSOll传感器模块一共有七个引脚，分别为NC、lum、5V、25um、CND、RXD、TXD。NC为控制引脚，1um和25um是分别用来测量PM2.5和PMIO输出的PWM波形，5V是介入5V的电压输入，CND用来接地，RXD和TXD分别对应串口的接受数据和发送数据的。SDSOll传感器模块如下图4.8所示。图4.8DS011传感器模块（3）SDS0ll模块的工作原理SDS0ll传感器时采用激光散射原理，当空气中的颗粒物被激光照射时，会产生很微弱的光散射，而光散射的波形是与颗粒物的直径有直接关系的，通过对不同的波形分析，就可以得到不同颗粒物的浓度，再按照国家标准单位进行换算，就得到我们需要采集的颗粒物的数量浓度。3.3无线通信模块无线通信模块采用的是SIM900A和控制芯片，其中控制芯片是PlC系列单片机，SIM9OOA具有GSM和GPRS集成功能，该产品还具有标准的AT命令接口，与单片机同时时采用的串口通信方式。SIM900A的使用范围很广，可以用于家居、农业、工业等用于进行环境监测的场合中。SIM900A的通信模块图如下图4.9所示。GPRS通信模块与STM32单片机进行串口连接，通过AT命令来实现上网传输数据的功能。图4.9无线通信模块图3.4硬件平台搭建基于以上对硬件平台中各个模块的研究和设计，我们搭建好了硬件平台。系统硬件平台的内部结构如下图4.10所示。图4.10系统硬件平台内部结构图为了看起来美观，我们将其组合拼装，则包装后的整体外观图如下图4.11所示。图4.11硬件系统外观图第4章系统软件平台设计与实现4.1Web平台设计为了方便管理员对用户室内环境质量的变化的分析，更加直观的看到室内环境各个因子的浓度变化，开发了B/s架构的室内环境监测系统。Web平台是基于Java语言，在MyEcliPse平台上面开发的。B/s架构的系统开发简单，便于维护升级，数据安全性高。下面将分别从不同的模块设计介绍Web平台的开发，包括管理员登录页面设计、实时数据显示页面设计、曲线分析页面设计、历史数据查询页面设计。4.1.1用户登录在Web平台的设计中，首先要设计和实现的功能就是管理员的登录功能。在系统的登录页面中，管理员输入账号和密码进行登录操作，若输入的登录信息错误，则跳转到错误页面。若登录成功，管理员也可以根据自己的需求进行相应的密码修改操作。管理员登录页面具体设计如下5.1所示。图5.1管理员登录页面设计登录操作的的具体流程图如下5.2所示。开始开始输入用户名和密码判断用户名和密码是否正确登录成功，跳转到系统首页提示错误，请重新输入图5.2用户登录流程图在登录页面，管理员可以输入用户名和密码，这时使用doPost（）方法获取loginjsp页面上输入的信息，并对数据库中存储的信息进行验证。如果该条信息能够在数据库中查询到，则表示该管理员的账号和密码是正确的，登录成功，页面会跳转到系统首页；如果数据库中没有该条信息，则表示该管理员不是合法管理员，那么页面将会跳转到错误提示页面。4.1.2网站主页面在登录页面一旦管理员登录成功，那么页面就会跳转到网站的主界面，网站的主页面主要分为三部分：页面顶端、页面左侧的导航栏和页面中间部分。其中页面顶端主要包括网站首页、信息修改和退出三部分。页面左侧的导航栏包括室内环境检测平台介绍、实时数据显示、曲线分析和历史数据查询。页面中间部分是对相应信息的显示。网站主页面设计的如下图5.3所示。图5.3网站主页面4.1.3实时数据显示在网站主页面的左侧导航栏中，点击“实时数据显示”，就会在页面显示出当前室内环境中甲醛、二氧化碳、温湿度、光照强度和PM2.5的值，这样管理员就可以直观清楚用户室内环境的优劣，选择用户，点击“实时刷新”按钮，就实时显示当前用户室内环境参数的实时数据。然后再根据不同情况采取相对应的方法来调节室内环境，具体页面如下图5.5所示。图5.5实时数据显示4.1.4曲线分析论文中对于曲线分析模块的设计如下图5.6所示，管理员可以根据选择不同的用户和环境参数类型来查看用户室内环境质量情况。用户室内环境质量情况就是利用多传感器融合技术来评估出来的，根据数据融合的算法来评估出环境的等级情况，我们在这里分为五个等级，分别是优、良、一般、差、较差。图5.6曲线分析模块论文中采用HighchartS图表技术实现数据实时刷新的曲线图。HighchartS是一个图表库，该图表库是采用JavascriPt编写的。Highcharts可以支持多种类型的图表，比如曲线图、柱状图、饼状图、区域图、散状点图和综合图表等。在代码的编写过程中，必须在相应的Html中引入jOuery和Highcharts库。4.2Android客户端设计4.2.1用户登录室内环境质量监测系统中，从安全性的角度考虑，为每一个用户设置了不同的登录名和密码，同时手机客户端是不能进行密码的修改的，若是用户想要修改密码或者找回密码，可以联系管理员，这样可以保证用户信息和系统的安全性。在用户登录模块的设计中，用户界面的布局文件为XML文件，为了便于开发人员的记忆，避免出现文件太多而产生混乱，在本系统中登录模块的布局文件名为login.xml。用户登录模块的页面设计如下图5.8所示。5.8Android客户端设计4.2.2系统主页面手机客户端的主页面模块主要包括环境监测系统、阂值设置、家电控制、报警记录和退出登录五个部分，其模块页面的设计图如下图5.10所示。图5.10监控主页面在该模块的设计中，我们在布局文件menu.xml中对Button按钮控件定义一些方法，每一个Button按钮都有一个唯一的方法与之相对应。定义好方法以后，在主页面对应的MainActivity中实现该方法即可。相比于定义一个ID，实例化一个对象，再设置对象的监听（SetonChckListenne：），这种定义方法更简单。4.2.3环境监测系统环境监测系统模块是对当前室内环境数据进行采集，并上传至手机客户端。对该模块的设计中主要是数据的获取和显示，其设计页面如下图所示5.11所示。图5.11环境监测页面本系统采用的Android客户端到数据去取相应的数据，客户端的数据随着数据库中的数据变化而变化。在环境参数的实时显示过程中，我们以室内湿度的实时采集按钮为例，来说明如何用代码实现其实时显示功能的。1、对变量进行声明如前面所说，为了避免开发人员对一些控件的名称混淆，声明变量时，最好是根据控件的类型和控件任务进行命名。比如对湿度的采集按钮Button控件的命名为btn_etHumidity。2、通过唯一的ID来获取控件前面介绍中，一个控件有一个唯一的ID，使用控件时要根据findViewById（）方法获取控件。在布局文件中湿度按钮控件的ID设置为btri一etHumidity，在Java源代码中变量声明时的命名可以和ID名称一致，在这里我们取相同的名称，3、添加监听事件只有给控件添加了监听事件，点击按钮控件才会才会有响应，否则点击按钮动作无效。在采集湿度时，对B。tton控件的监听是使用了其onClickListener属性。就如前面章节中的内容所述，可以在布局文件中定义onClick方法，再去EnvironmentActivity中实现该方法，具体的过程如下所述。5.2.4系统阀值设定本论文设计的系统中对室内环境空气质量监测的参数主要有以下几种：温度、湿度、二氧化碳、光照强度、甲醛和PM2.5。该模块可以实现对其阂值进行设置，当某一个参数的值高于或者低于设定数值时，就会有提示信息告知用户，该模块的页面设计如下图5.12所示。图5.12系统阂值设定页面对系统阂值设定模块设计中，布局文件中不仅用到了前面所说的线性和相对两种方式，还使用了表格布局方式（TableLayout），这种布局方式特别的规整，行是行，列是列。大家可以在脑海里想象一下，一个TableLayout就类似与一个表格，一个TableRow对象就相当于一个行，你可以在这个表格里面任意写入你需要的数据和控件。本论文中对于系统中的各项环境参数进行上下限的设置，在页面的最低端有三个button按钮，分别是保存、清空和取消。4.2.5报警记录当室内环境参数中的某一个值超出设定值时，系统将会给用户发送报警信息，提示用户某一个参数值超出其设定值，从而用户根据提示来采取相应措施将参数值降低。本系统中报警记录模块设计中，使用了Listview控件来显示报警记录的列表。该操作页面中可以册日除某一条的报警记录，也可以全部清空，也可以点击返回菜单返回主页面。4.2.6家电控制当室内环境中的某一个环境参数高于设定值时，下位机就会向用户发送报警短信提示用户。这个时候用户可以根据情况来对家电进行操作，下发控制指令给下位机，比如控制窗帘、冰箱或者空调的开关状态。Android端页面的设计如下图5.13所示。4.3通信协议设计前面我们介绍了对硬件平台和软件平台的设计和实现，并对硬件平台进行了搭建。要想实现下位机传感器检测的数据上传至上位机软件中，必须要实现通信。为了保证通信的安全性、可靠性和准确性，需要自定义通讯协议，也就是约定好双方数据的解码和编码方式，包括一致的基本数据类型、业务类型、字节序、消息内容等。在本系统的设计中，采用了TLV（两pe-Length-Value）编码协议。其中两pe字段是关于标签和编码格式的信息；Length字段定义数值的长度；value字段表示实际的数值。（1）数据上传编码格式（如表5.1所）表5.1实时数据通讯协议下位机中的温湿度传感器模块、二氧化碳传感器模块、光照强度传感器模块、甲醛传感器模块和PM2.5传感器模块采集到的数据按照通讯协议组成一个数据帧发送至平台服务器。通信过程中，通过截取两个0x7E之间的数据来获得一个数据帧，通过校验位、数据长度来判断是够为正确的数据帧，如果是正确的数据帧，将通过获取“sensorTyPe”值判断该条数据是何种信息，如温度、湿度、光照、甲醛等信息，然后获取“Date”位的数据值，就成功的解析了该条数据，比如“温度，23℃”。因为不同的传感器采集的室内环境的参数不同，也就是采集的信息不同，所以为了区分信息的类型，我们将不同的传感器类型赋予不同的值，比如温湿度信息的SensorType=01，二氧化碳浓度信息的SensorType=02，光照强度信息的SensorType=03，甲醛信息的SensorType=04，PM2.5浓度信息的SensorType=05。以网关上传的温度信息为例，数据帧如下表5.2所示：表5.2网关上传温度的数据帧（2）平台下发命令编码格式（如表5.3所示）表5.3控制命令下发数据协议当室内环境参数超过设定值时，CPRS模块会发送短信给用户，用户这时可以采取相应的措施来控制家电设备的开关。用户下发命令给网关，再由网关通过指令控制家电设备的打开或者关闭。所以对于控制的设备类型和要操作的值（打开或者关闭）按照通讯协议组成一个数据帧发送给网关。网关通过截取两个Ox7e之间的数据来获得一个数据帧，通过校验位、数据长度位来判断是否为正确数据帧。如果数据帧正常，将该数据帧进行转化和处理，发送给下位机的响应的家电设备控制器，控制器通过获取“SensorType”值判断该条数据是否属于自己，如灯光控制器接受到数据后判断出是控制灯光的指令后获取“Date”位的数据值，判断要做的具体操作是打开还是关闭，控制继电器完成正确操作，最终实现用户对家电设备的远程控制。第5章系统测试与应用5.1通信测试由于校园网是局域网，如果CPRS通信模块的数据发送至服务器的话，该服务器必须具有公网IP。所以考虑到经济性，借助于内网动态域名解析软件，比如花生壳、nat123等等。该系统的通信测试中，选择花生壳软件，由于软件从下载安装到设置较简单，所以就不再复述整个过程。采用网络调试助手来进行通信测试，如图6.1所示，当连接成功后，就可以接受来自Web平台发送的数据。图6.1通信测试5.2硬件平台测试对于