物联网应用综合实训项目安排表

第二篇：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

20##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 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

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

（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2  PAN_ID设置表

表3  信道号设置表

②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。

（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、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 20## 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：

五、系统软硬件配置

1、计算机

l  操作系统：Microsoft Windows 7 旗舰版 + IIS 6.0；

l  软件开发平台：Microsoft Visual Studio 2008；

l  开发语言：C#，ASP.net；

l  数据库管理系统平台：Microsoft SQL Server 2008；

l  办公软件：Microsoft Office 2003；

l  网络浏览器：Google Chrome；

l  Z-STACK开发平台：IAR EW8051 for TI Zigbee 7.51A；

l  TI闪存编程软件：SmartRF04 Flash Programmer 1.5.0.2；

l  绘图软件：Protel99se。

2、嵌入式系统

l  嵌入式CPU：S3C2440；

l  RAM：64M；NAND FLASH：256M；NOR FLASH：2M；

l  嵌入式操作系统：无，需用户定制；

l  提供Vboot、LINUX2.6.32的源码vboot-src-wxit.tar和linux-2.6.32.2_wxit；

l  提供虚拟机Ubuntu12.10、开发工具QT Creator 2.5.2；

l  提供必要的工具软件：mkyaffs2image、arm-linux-4.3.2 ；

l  提供QT4.8.3的源码qt-everywhere-opensource-src-4.8.3.tar；

l  提供YAFFS文件系统root_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

l  详见实训台、架。

四、电路图

五、综合实训小结

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，以及整个开发过程给自己带来的收获。

物联网项目综合实训是在无线传感网络，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，而是尽可能的自己去实践。当然，多听多看多学是动手实践的基础。

实训过程中，我们综合应用了前面所学的相关专业基础知识，很好的复习了已学过的知识，并将它们糅合了一下，解决了一下之前学习过程中的难题，而且对各门课程的知识都有了新的认识。

这些，让我们对自己的前途更有方向感了。多了解了些从事相关专业需要掌握的技能及知识，也明白了些在以后的学习甚至工作中可能遇到的问题，我们会更加努力的学习专业知识及技能，争取能够从事自己认为相对合格的专业工作。

3.       阐述自己对此类专业综合实训的感想，包括专业综合实训的不足和改进之处。

专业综合实训增强了我们的现代意识，有助于学校培养专门人才；它围绕着物联网应用的核心技术，培养了我们的创新精神，很好的发扬了我们创新实验班的优势；并且关注了我们全体学生，提高了我们自主学习的氛围。并且，以实践教学为主、理论教学为辅的新的教学模式，更加强调了对我们动手能力的培养，使我们所掌握的知识技能可以更加满足于社会的需要。

实训的不足之处主要在于课堂太过松散（虽然可以说是我们自律性不足），部分上课时间没有有效的实训任务。而且五人的实验小组运用三人座的综合实训台，有些拥挤也有些浪费部分人的时间。

希望在实训中，老师可以将相关理论知识讲解的再透彻些，然后通过现场的操作和参观学习，让我们更清楚的了解相关过程，这样可以加深我们对所学知识及技能的理解与巩固，更好地增强实践中的基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。主要是促进我们如何合理的应用各种资源，减少各种浪费现象的发生。

六、总结

      学习是实践基础，实践是学习导师。模仿老师模板，亲自动手操作，以便实现家居智能化的初实现，达成学以致用的期望目标。在过程中必然会产生不少问题，但为此不能气馁与畏惧。相信我们会克服难关，完成此次设计，并在今后的学习甚至相关工作中通过此次学习与收获的经验得到更完善的成果与更精彩的未来。

物联133 丁明珂

2015.3.17