物聯(lián)網(wǎng)期末設(shè)計

1、實驗日期 ：2016年春學期報告日期 ：2016/4/19實驗設(shè)備 ： 物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實驗平臺E-BOX300 、 PC一、 物聯(lián)網(wǎng)沙盤平臺的介紹及組成 平臺介紹： 物聯(lián)網(wǎng)沙盤平臺集成了多種傳感器模型以及多種無線組網(wǎng)模式，可實現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架。E-BOX300沙盤平臺包括了硬件設(shè)備、軟件資源、實驗資源三大部分。硬件設(shè)備標準配置包括了7個zigbee無線節(jié)點模塊、6個傳感器模塊、RFID模塊、ARM網(wǎng)關(guān)和其他配套設(shè)備。軟件資源包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)軟件、ARM網(wǎng)關(guān)軟件和實驗平臺管理軟件，實驗資源采用由簡單到復(fù)雜的設(shè)計模式，能夠很好的引領(lǐng)學生掌握物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)要領(lǐng)，開發(fā)出更多實用性強的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式。該沙盤平

2、臺的技術(shù)構(gòu)架可以分為三層。感知互動層，網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用服務(wù)層。感知互動層主要包含了各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)，用于識別物體和采集信息，對信息進行初步的融合。網(wǎng)絡(luò)傳輸層包括接入層和核心層兩個子層，主要是由zigbee和以太網(wǎng)所組成，用于信號的傳輸和控制。應(yīng)用服務(wù)層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能運用。 平臺組成：硬件設(shè)備：ARM網(wǎng)關(guān)：擁有豐富的接口資源，支持3G，wifi，CMOS攝像頭、ZigBee、RFID模塊的接入。提供各模塊的調(diào)試程序。支持Linux，Wince, Andriod；客戶端程序能夠完成對傳感網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)配置，并通過wifi、以太網(wǎng)完成向遠端服務(wù)器進行數(shù)據(jù)

3、傳輸；支持7 寸觸摸屏。Zigbee+傳感器采集模塊：實現(xiàn)了對各種傳感器模塊，包含溫度，濕度，光感，三軸加速度，壓力，煙霧，紅外對管傳感信號的采集。各種傳感器模塊統(tǒng)一接口與Zigbee模塊底板連接，通過Zigbee自組網(wǎng)完成對各種傳感器信號的采集、傳輸以及控制。RFID模塊：具有讀取卡中的數(shù)據(jù)的功能，可以用于一卡通，考勤機等系統(tǒng)的二次開發(fā)。光感傳感器：可以在所有光源下工作，能夠感知周圍環(huán)境光的情況，并能夠?qū)Σ杉降墓庑盘栠M行輸出，從而使效應(yīng)器對周圍環(huán)境光的變化而做出相應(yīng)的反映。加速度傳感器：加速度傳感器可以感知x，y，z三軸方向的加速度并進行信號的輸出。我們可以通過三軸方向的加速度值的獲取和分

4、析，可以應(yīng)用于指南針，靜態(tài)方位檢測，實時運動分析等，從而利用這些數(shù)據(jù)對被控對象做出控制。氣壓傳感器：氣壓傳感器屬于壓力傳感器的一種，是一種在工業(yè)實踐中最為常用的傳感器，主要是利用壓電效應(yīng)制造而成，也有用壓變效應(yīng)制成的壓變式傳感器?？梢杂闷鋪砀兄獨鈮旱淖兓?，通過分析氣壓的變化從而來制作高精度高度計，應(yīng)用于只能手機，導(dǎo)航和氣象站裝備。溫濕度傳感器：其中包含了溫度傳感器和濕度傳感器，可以分別用來感知環(huán)境中的溫度值和濕度值。溫濕度傳感器廣泛用于工控行業(yè)等需要對溫度進行控制的領(lǐng)域。在這次課程中 ，我們也利用了溫度傳感器來設(shè)計實現(xiàn)APP可控恒溫系統(tǒng)的閉環(huán)控制。煙霧傳感器：溫度傳感器可用于家庭和工廠的氣體泄

5、漏監(jiān)測裝置。該傳感器探測范圍大，可用于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧的探測?？梢杂糜趯χ車h(huán)境進行保護的作用?？捎糜诮M建消防報警系統(tǒng)。門磁傳感器：該傳感器由傳感器、磁塊兩部分組成。當小磁塊遠離傳感器的時候，門磁傳感器就會發(fā)出警報。該傳感器可以用于家庭安防，可以用來監(jiān)測家中的門窗是否被非法打開。紅外接近傳感器：紅外接近傳感器與其他傳感器不同之處在于其他傳感器接收的都是來自外界環(huán)境中的信號，而紅外接近傳感器接收的是來自自身發(fā)出的信號。該傳感器中有一個紅外發(fā)射二極管，能向外界發(fā)出紅外信號，當傳感器前方有物體接近的時候，就會在前方的物體上反射紅外信號，這樣就能夠感應(yīng)出前方是否有物體接近傳感

6、器。其他設(shè)備：小燈泡：模擬照明用的小燈泡，也可以根據(jù)其他傳感器讀數(shù)的變化做出反應(yīng)，充當與用戶交互的作用。繼電器：繼電器在沙盤中主要用于控制小燈泡的亮滅。在實際的運用中，我們也可以用一個較小的電流來控制一個有較大電流的用電器。步進電機：用于控制窗簾?？梢钥刂撇竭M電機的電流大小從而來控制其轉(zhuǎn)速，從而用于控制窗簾開合的速度。小風扇：可以根據(jù)pc端的指令來控制小風扇的開關(guān)，來模擬真實場景中的電扇 。加熱小電珠：用于加熱周圍環(huán)境溫度，從而改變溫度傳感器溫度，和溫度傳感器一起構(gòu)成一個用手機端app控制的恒溫閉環(huán)控制系統(tǒng)。紅外遙控指令顯示模塊：可以模擬一些設(shè)備對紅外遙控指令做出反應(yīng)。Zigbee網(wǎng)關(guān)上還提供

7、了wifi模塊、攝像頭模塊和3G模塊，但由于在課程中并沒有用到這些模塊，所以就不做展開。軟件平臺： （SmartHome IOTdDesigner）SmartHome： 是針對大唐E-BOX300設(shè)計開發(fā)的一套綜合設(shè)計軟件。用戶可以在PC端上更改查看各種參數(shù)。并能夠通過zigbee來進行對傳感器數(shù)據(jù)讀取和對一些設(shè)備的控制。IOTDesigner： 基于Qt開發(fā)，具有跨平臺的特性。整合了EBox300的沙盤平臺的模擬系統(tǒng)和實景教室的實際系統(tǒng)的軟件接口，使得我們的設(shè)計可以不做任何修改直接運行在模擬系統(tǒng)或?qū)嵕捌脚_上。同時，優(yōu)化了SmartHome上的一些缺點，如數(shù)據(jù)采樣率不能設(shè)置小于 1 秒；打開和

8、關(guān)閉某個傳感器的數(shù)據(jù)采集不方便；綜合設(shè)計功能過于簡陋且 bug 眾多；在模擬系統(tǒng)下設(shè)計的流程無法直接運行于實景系統(tǒng)，需要做較多的修改。軟件界面分為4個選項卡：第一個為歡迎界面，第二個是信息與設(shè)置頁面，在該頁面可以看到各個傳感器和控制的狀態(tài)，控制傳感器數(shù)據(jù)的采集與否以及采樣頻率，設(shè)置并記錄各控制器與實際設(shè)備的綁定。設(shè)置連接參數(shù)及啟動聯(lián)機等。第三個是信號采集與顯示頁面，在該頁面以圖表的形式顯示了我們關(guān)心的傳感器所采集到信號的變化第四個是綜合設(shè)計頁面，在該頁面我們以傳感器信息為輸入，控制的控制值為輸出來進行非常靈活，同時也是相對復(fù)雜的流程設(shè)計。二、 閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計原理和實現(xiàn)1. 實驗要求：利用沙

9、盤中的電珠和溫度傳感器，實現(xiàn)利用手機APP實現(xiàn)的恒溫系統(tǒng)的閉環(huán)控制。2. 實驗?zāi)康模和ㄟ^閉環(huán)控制，用手機APP設(shè)定一個值，當溫度低于這個值的時候，電珠點亮加熱，當溫度高于設(shè)定值的時候，電珠滅，通過自然冷卻來使溫度回落于設(shè)定值。從而使溫度穩(wěn)定在該設(shè)定值附近。3. 實驗原理：主要通過以下模塊以及循環(huán)來實現(xiàn)閉環(huán)控制 圖一 圖二 圖三 圖四這里采用了三個頂層，圖二所顯示的畫布主要是來用于手機APP端的信號的接收。手機中所輸入的溫度，通過這個頂層讀取進來，并輸入到全局變量cmd中。圖四是一個數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)化，我們從手機端輸入的信號為字符串類型，而到最后我們要用的是整型，所以我們在圖四中加了一個格式類型轉(zhuǎn)化

10、模塊，把cmd中的字符串變量轉(zhuǎn)化為整型變量。圖三中所展示的頂層畫布中包含了溫度傳感器的讀取，一個比較運算和一個條件執(zhí)行語句。通過溫度傳感器所采集進來的溫度，通過與全局變量T（也就是手機APP所輸入的溫度）進行比較，若環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度，則在條件執(zhí)行框中執(zhí)行電珠亮的命令。當環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度的時候，則在條件執(zhí)行語句中執(zhí)行電珠暗的命令。通過這樣的循環(huán)來把環(huán)境溫度穩(wěn)定在從手機端的輸入的溫度值附近。4.實驗結(jié)果： 圖一 圖二 圖三 實驗結(jié)果如圖所示，圖一圖二展現(xiàn)的是，開始實驗時，用移動終端輸入溫度控制值30，環(huán)境溫度低于溫度控制值，所以電珠點亮給溫度傳感器加熱。當環(huán)境溫度超過30時，電珠熄滅，傳感

11、器溫度下降，當下降到低于30時，電珠又重新點亮，開始加熱，如此反復(fù)。從而使溫度穩(wěn)定在30附近。 圖三表示的是我們在開始實驗的時候，環(huán)境溫度高于我們設(shè)定的溫度，這個電珠不亮，當溫度降到我們的設(shè)定溫度時小電珠亮了，溫度超過30度時小電珠又滅了，這個時候我們通過手機APP來提高預(yù)設(shè)溫度，然后小燈泡又再次點亮。4. 實驗結(jié)果評價和總結(jié)：該實驗通過多次的反復(fù)更改和調(diào)試終于達到了預(yù)期目標。我個人覺得該實驗的主要難點在于APP端的溫度設(shè)定值的讀取。由于，我沒有Android系統(tǒng)的手機，所以用的是在PC上的一個軟件來模擬手機APP。所以在用的時候，不能像老師演示的那樣正確地輸入端口地址，但是在多次詢問更改調(diào)試

12、后，還是成功完成了這次實驗。優(yōu)點：該實驗有這非常重大的現(xiàn)實意義。我們可以把這個APP控制的恒溫閉合控制系統(tǒng)移植到我們的現(xiàn)實生活中來。如，我們可以從手機端來控制溫度，可以很好地起到節(jié)能的效果。如我們可以提前控制室內(nèi)的溫度變化，當我們真正進入室內(nèi)的時候，室內(nèi)溫度已經(jīng)達到了我們的預(yù)期值等。缺點：該實驗的缺點在于，由于實驗器材所限，我們只能用于對周圍環(huán)境的加熱，而不能制冷，使得該實驗的功能有點單一，而且在做實驗的時候，我們通過手機APP設(shè)定的溫度，只能比環(huán)境溫度高，不能比環(huán)境溫度低，否則就沒有效果。但我個人決定，這些弊端都是由于實驗設(shè)備所限，在理論上還是很容易實現(xiàn)的。三、 手勢控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)1.

13、 實驗要求：通過利用加速度傳感器，通過手的左右滑動（或者手的左右傾斜）來實現(xiàn)對音量的增減2. 實驗?zāi)康模鹤孕性O(shè)計檢測和控制邏輯，實現(xiàn)左右傾斜的手勢控制App播放音量的增減3. 實驗原理：在頂層畫布中首先設(shè)置一個全局變量vol，先設(shè)置它為某一個特定的值。然后我們又設(shè)計了兩個頂層模塊；兩個頂層模塊分別為圖一，圖二 圖一 圖二 在圖一中，我們設(shè)置了一個加速度傳感器的數(shù)據(jù)讀取的模塊，通過這個模塊，我們可以讀取到x，y，z軸三個方向的加速度值，后面連接的是兩個手勢監(jiān)測模塊，其分別可以監(jiān)測到加速度傳感器是向左傾斜還是向右傾斜，并分別輸出不同的結(jié)果。 我們當時的設(shè)計是先對vol初始化，比如說是40.然后運行

14、程序，當傳感器檢測到向左傾斜，vol值加一，如果檢測到向右傾斜，vol值減一。因此在這個頂層最后加了兩個條件執(zhí)行模塊，分別來判斷和進行這步操作。 這是第二個頂層畫布，這個頂層畫布的主要目的就是用來實現(xiàn)本機端的處理所得的數(shù)據(jù)向APP端的發(fā)送，因此在這里主要是應(yīng)用了Usend函數(shù)模塊，來進行功能的實現(xiàn)。4. 實驗結(jié)果： 該試驗在最后向老師展示的時候運行得很成功。一開始vol會有一個特殊值，然后隨著加速度傳感器的左傾，vol值增加，隨著加速度傳感器的右傾，加速度傳感器的值減小。5. 實驗結(jié)果評價及總結(jié)：這個實驗總體來說是挺成功的一個實驗?；旧衔覀兛梢詫崿F(xiàn)用手的傾斜來控制vol的大小。在最后給老師檢查的時候運行的也是比較順利的。雖然在進行整個實驗設(shè)計的時候還是遇到了不少的小問題，但