物聯(lián)網(wǎng)通信與組網(wǎng)技術(shù)

信息工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課程名稱物聯(lián)網(wǎng)通信與組網(wǎng)技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目小型家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)學(xué)生專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師姓名課程設(shè)計(jì)起止日期.7.2-.7.6摘要如今我國(guó)社會(huì)整體生活水平不停提高，大眾人民對(duì)于生活質(zhì)量的追求不再僅僅局限于衣食住行、溫飽冷暖這些較為低層次的階段了，我們能夠從日常的生活以及從各類環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備特別是家庭及單位的私用或公用監(jiān)測(cè)設(shè)備的銷售狀況能夠看出，大眾人民對(duì)于這方面的需求是日益增加，但就現(xiàn)在而言，市場(chǎng)上的環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備種類繁多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，價(jià)格也是隨著功效的多少而有著很大的差距，有的環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備功效過于繁雜而又價(jià)格昂貴，并不適合大眾消費(fèi)，而有的產(chǎn)品則是功效有限，質(zhì)量不高，也不適合大眾購(gòu)置。從上邊描述能夠看出，現(xiàn)在我國(guó)市場(chǎng)在這方面還是有個(gè)潛在的市場(chǎng)機(jī)遇、廣泛的設(shè)計(jì)前景和光明的銷前途的。然而就現(xiàn)在而言，不管是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，總體狀況是有關(guān)智能家居系統(tǒng)的研究開發(fā)項(xiàng)目比較多，但是智能家居系統(tǒng)大多比較龐大，功效繁雜，成本很高，因此不能得到很有效的普及?？紤]到畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)際狀況和力所能及的設(shè)計(jì)范疇，我們根據(jù)普通家庭的普通需要開發(fā)室內(nèi)溫度、濕度、天然氣濃度、酒精濃度、振動(dòng)等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠提供多個(gè)報(bào)警信息，使顧客及時(shí)理解家居狀況，避免不安全事故的發(fā)生。既然環(huán)境監(jiān)測(cè)與報(bào)警設(shè)備在日常生活、工作和工程實(shí)踐中含有重要的應(yīng)用，并且隨著生活水平的不停提高和電子科技的不停進(jìn)步，日常生活中對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)與報(bào)警的需求也是越發(fā)的增加，那么在設(shè)備的設(shè)計(jì)上，我們不僅要做到含有較為齊全的報(bào)警功效、較為穩(wěn)定的工作狀態(tài)、相對(duì)而言比較長(zhǎng)的工作壽命以及適宜的體積大小，還規(guī)定進(jìn)行一定距離的傳輸，直觀快捷的體現(xiàn)方式，還要聯(lián)系大眾生活，與大眾生活相貼切，能夠?yàn)榇蟊娝褂?。就設(shè)計(jì)方案而言，本設(shè)計(jì)著力于從實(shí)用、便捷、簡(jiǎn)易這三個(gè)方面出發(fā)，通過將幾部分簡(jiǎn)樸的設(shè)計(jì)——運(yùn)用單片機(jī)、傳感器，VC上位機(jī)串口助手等等對(duì)應(yīng)作出各部分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，再通過各個(gè)設(shè)計(jì)單元間的組合通信，最后達(dá)成實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)的功效，涉及酒精傳感器和磁檢測(cè)傳感器，將酒精及磁檢測(cè)信息發(fā)送至VC上位機(jī)串口助手實(shí)時(shí)監(jiān)控并顯示酒精度及磁檢測(cè)狀況等功效。在課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師以及同窗的協(xié)助和指導(dǎo)下，通過請(qǐng)教問題、查閱資料、檢查電路、改正程序，通過如此的多次的糾正和改善，本次的課程設(shè)計(jì)成果終于是基本上達(dá)成了預(yù)期的目的，酒精監(jiān)測(cè)和磁檢測(cè)傳感器都能正常工作。核心字：藍(lán)牙wifiUDP合同MFC一、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱小型家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的及技術(shù)規(guī)定2.1項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的通過《物聯(lián)網(wǎng)通信與組網(wǎng)技術(shù)》課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠掌握物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開發(fā)流程、設(shè)計(jì)辦法，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》、《嵌入式技術(shù)》、《JAVAWEB程序設(shè)計(jì)》《Andriod程序設(shè)計(jì)》、《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》等物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的知識(shí)。規(guī)定學(xué)生通過課程設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)一步理解物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)總體架構(gòu)，掌握物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)辦法，程序開發(fā)流程，從而使學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力有較大提高。2.2項(xiàng)目的重要任務(wù)1．設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）完畢CBT實(shí)驗(yàn)臺(tái)上藍(lán)牙模塊間的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，可設(shè)計(jì)三個(gè)及以上的藍(lán)牙模塊組網(wǎng)。（2）完畢CBT實(shí)驗(yàn)臺(tái)上WIFI模塊間的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，同上可設(shè)計(jì)多個(gè)wifi模塊組網(wǎng)。（3）實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙、wifi的混合組網(wǎng)，將數(shù)據(jù)精確的傳輸至上位機(jī)軟件VC顯示，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。2.基本規(guī)定：（1）設(shè)計(jì)的家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功效（2）畫出系統(tǒng)的總體框圖（3）對(duì)功效進(jìn)行具體設(shè)計(jì)3.系統(tǒng)設(shè)備：硬件:Bluetooth模塊（2個(gè)），wifi模塊（2個(gè)），CBT-SuperIOT-II型教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，j-Link仿真器。軟件：串口調(diào)試軟件，IAR開發(fā)軟件，VC/安卓三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證3.1基于STM32的小型家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)CBT-SuperIOT-II型平臺(tái)配套的Bluetooth模塊、WIFI模塊皆采用STM32F103解決器，小型家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)重要由BF10-I藍(lán)牙模塊、HF-A1wifi模塊、酒精、磁檢測(cè)模塊傳感器。實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙、wifi的混合組網(wǎng)，運(yùn)用VC++編寫上位機(jī)程序，通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將數(shù)據(jù)精確的傳輸至上位機(jī)軟件VC顯示，從而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與否正常。此系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖3.1所示：STM32STM32藍(lán)牙模塊STM32藍(lán)牙模塊酒精傳感器STM32WIFI模塊磁檢測(cè)傳感器AT指令UDP合同串口圖3.1小型家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖3.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理3.2.1硬件原理圖本實(shí)驗(yàn)使用的是STM32F103芯片，Bluetooth、WIFI模塊，酒精、磁檢測(cè)傳感器模塊。2個(gè)藍(lán)牙模塊替代串口線透明數(shù)據(jù)，一種模塊工作在主模式下，一種模塊工作在從模式下。當(dāng)兩模塊設(shè)立為相似的波特率。上電之后，主從模塊則自動(dòng)連接形成串口透明。HF-A11x支持串口透明傳輸模式，能夠?qū)崿F(xiàn)串口即插即用，從而最大程度的減少顧客使用的復(fù)雜度。本系統(tǒng)重要涉及STM32F103芯片、Bluetooth模塊、WIFI模塊鏈接電路。以下圖所示：圖3.2藍(lán)牙BF10-I芯片原理圖圖3.2BF10-I藍(lán)牙模塊原理圖圖3.3STM32F103芯片原理圖“Wifi_nRST”為WiFi模塊復(fù)位引腳，低電平復(fù)位，不按下S3時(shí)該引腳為高電平，按下S3時(shí)該引腳為低電平，復(fù)位時(shí)間需不不大于300ms，按下S3能實(shí)現(xiàn)復(fù)位WiFi模塊；S4為恢復(fù)出廠設(shè)立按鍵，按下S4持續(xù)五秒鐘，然后松手，再按下S4直到“Ready”批示燈由亮變滅，WiFi模塊完畢恢復(fù)出廠設(shè)立。圖3.4HF-A1wifi模塊原理圖3.2.2通信合同設(shè)計(jì)SOFSensortypeSensorindexCmdidDataExtenDataEND2Byte1Byte1Byte1Byte6Byte2Byte1Byte闡明：SOF： 固定為0xEE0xCC，標(biāo)志一幀的開始。Sensortype： 見附表一傳感器闡明。Sensorindex： 固定為0x01。Cmdid： 固定為0x01。Data： 為6Byte傳感器數(shù)據(jù)域，見附表一傳感器闡明。ExtenData： 為2Byte擴(kuò)展數(shù)據(jù)域END： 固定為0xFF，標(biāo)志一幀的結(jié)束。查詢指令：EECC06no010000FF返回指令：EECC06no010000000000010000FF3.2.3藍(lán)牙AT指令（1）查詢\設(shè)立串口工作波特率AT指令

表1查詢、設(shè)立波特率AT指令表指令應(yīng)答參數(shù)查詢：AT+BAUDOK+Get:[para1]Para1:0~8 0=9600;1=19200;2=38400;3=57600;4=115200;5=4800;6=2400;7=1200;8=230400;Defaut:0(9600)設(shè)立：AT+BAUD[para1]OK+Set:[para1]（2）查詢\設(shè)立模塊主從模式指令表2查詢、設(shè)立主從模式AT指令表指令應(yīng)答參數(shù)查詢：AT+ROLE？OK+Get:[para1]Para1:0~11:主設(shè)備0:從設(shè)備Default:0設(shè)立：AT+ROLE[para1]OK+Set:[para1]3.2.4WIFI傳輸本次設(shè)計(jì)中Wifi模塊采用UDP通信合同，CBT-SuperIOT-II型教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的WiFi模塊使用的是HF-A11x模塊，模塊默認(rèn)為AP接口。顧客能夠通過PC機(jī)連接HF-A11x的AP接口，并用web管理頁面配備。在WiFi傳感網(wǎng)實(shí)驗(yàn)中，子節(jié)點(diǎn)上的傳感器把采集到的信息通過WiFi發(fā)送給根節(jié)點(diǎn)的WiFi，在通過串口發(fā)送給STM32。運(yùn)用串口工具能夠采集根節(jié)點(diǎn)收到的信息，再根據(jù)WiFi串口通信合同和傳感器底層合同對(duì)傳感器接受到的物理信息進(jìn)行判斷。圖3.5WIFI傳感網(wǎng)絡(luò)示意圖四、軟件流程分析休眠休眠YN允許節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)成功？HFA1模塊組網(wǎng)HFA1模塊設(shè)立PC接受終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送到微解決器解決上位機(jī)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采樣周期時(shí)間到？數(shù)據(jù)超限？開始上電初始化BF10模塊組網(wǎng)BF10模塊設(shè)立組網(wǎng)成功？數(shù)據(jù)超限報(bào)警信息通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到移動(dòng)終端YN圖4.1軟件系統(tǒng)流程圖4.1串口接受函數(shù)當(dāng)串口有數(shù)據(jù)到來時(shí)，就會(huì)進(jìn)入該函數(shù)，用BYTE型數(shù)組接受數(shù)據(jù)，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。這里需要將合同完全呈現(xiàn)出來，即將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制然后再轉(zhuǎn)換為字符串在文本框進(jìn)行顯示。核心代碼以下：voidBlueToothMM::OnOnComm(){ VARIANTvariant_inp;//定義一種VARIANT類對(duì)象COleSafeArraysafearray_inp;//定義一種COleSafeArray對(duì)象LONGlen,k,i;intj=0;BYTErxdata[2048];//設(shè)立BYTE(字節(jié))數(shù)組CStringstrtemp;if(m_ctrlCom.GetCommEvent()==2)//事件值為2表達(dá)緩沖區(qū)內(nèi)有數(shù)據(jù){variant_inp=m_ctrlCom.GetInput();//讀緩沖區(qū)safearray_inp=variant_inp;//VARIANT型變量轉(zhuǎn)換為ColeSafeArraylen=safearray_inp.GetOneDimSize();//獲取接受字節(jié)長(zhǎng)度for(k=0;k<len;k++){safearray_inp.GetElement(&k,rxdata+k);}for(k=0;k<len;k++){BYTEbt=*(char*)(rxdata+k);RXBUFF[j]=bt;strtemp.Format("%02X",bt);m_EditTest+=strtemp;}}SetDlgItemText(IDC_EDIT_TEST,m_EditTest);//重新設(shè)立文本框值for(i=0;i<1024;i++){rxdata[i]=0;}}4.2 Socket通信初始化在使用wifi模塊時(shí)，我們使用了UDP傳輸方式，UDP不需要建立連接，只需要往特定IP和端標(biāo)語丟數(shù)據(jù)包就行了，確保在同一局域網(wǎng)。Ip是連接無線網(wǎng)后，路由器分派給電腦的ip，因此我們只需要獲取本機(jī)ip就能夠了。端標(biāo)語的設(shè)立確保不與電腦其它用軟件沖突就能夠了。SOCK_DGRAM就是將數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)立為UDP。核心代碼以下：BOOLBlueToothMM::InitSocket(){UpdateData(TRUE);unsignedshortm_portNo;CStringm_StrportNo;GetDlgItemText(IDC_EDIT_PORT,m_StrportNo);sscanf(m_StrportNo,"%d",&m_portNo);//轉(zhuǎn)換為u_short類型m_socket=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(INVALID_SOCKET==m_socket){MessageBox("套接字創(chuàng)立失敗");returnFALSE;}SOCKADDR_INaddrSock;addrSock.sin_family=AF_INET;//地址族addrSock.sin_port=htons(m_portNo);//將自己的端標(biāo)語設(shè)立為6000addrSock.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);//ip地址intretval=0;bind(m_socket,(SOCKADDR*)&addrSock,sizeof(SOCKADDR));if(SOCKET_ERROR==retval){closesocket(m_socket);MessageBox("綁定失敗");returnFALSE;}returnTRUE;}4.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接受代碼網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接受必須啟動(dòng)一種線程來監(jiān)測(cè)與否有數(shù)據(jù)的到來。使用recvfrom函數(shù)來接受UDP傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。使用recvBuf來接受原始數(shù)據(jù)，使用byteData數(shù)組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換為BYTE型的數(shù)據(jù)，使用strtemp存儲(chǔ)十六進(jìn)制字符串，然后將數(shù)據(jù)給對(duì)話框數(shù)據(jù)展示界面。核心代碼以下：DWORDWINAPIBlueToothMM::RecvProc(LPVOIDlpParameter){ SOCKETsock=((RECVPARAM*)lpParameter)->sock;HWNDhwnd=((RECVPARAM*)lpParameter)->hwnd;deletelpParameter; ///釋放內(nèi)存SOCKADDR_INaddrFrom;intlen=sizeof(SOCKADDR);charrecvBuf[1024]={0};chartempBuf[1024]={0};intretval,i;BYTEbyteData[14]={0};CStringstrtemp,str;while(TRUE){retval=recvfrom(sock,recvBuf,14,0,(SOCKADDR*)&addrFrom,&len);if(retval==SOCKET_ERROR)break;for(i=0;(i<14)&&retval!=SOCKET_ERROR;i++){ byteData[i]=(BYTE)recvBuf[i];strtemp.Format("%02X",byteData[i]);str+=strtemp; }sprintf(tempBuf,"%s",str);::PostMessage(hwnd,WM_RECVDATA,0,(LPARAM)tempBuf);}return0;}五、項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果分析5.1藍(lán)牙連接測(cè)試用J-Link連接PC機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱，用實(shí)驗(yàn)箱配套的電源給實(shí)驗(yàn)箱供電，并給模塊上電。用IAR軟件打開實(shí)驗(yàn)工程，將實(shí)驗(yàn)工程進(jìn)行編譯，將Master和Slaver程序分別燒錄到藍(lán)牙主、從機(jī)模塊里，并重啟模塊或者使用“RST”鍵復(fù)位模塊。主模塊設(shè)立的是搜索全部從模塊，藍(lán)牙組網(wǎng)成功后BTLED批示燈長(zhǎng)亮。圖5.1藍(lán)牙主模塊圖5.2藍(lán)牙從模塊5.2WIFIweb管理頁面配備網(wǎng)頁管理有五個(gè)頁面，分別為“模式選擇”、“無線接入點(diǎn)設(shè)立”、“無線終端接口設(shè)立”、“應(yīng)用程序設(shè)立”、“模塊管理”。網(wǎng)絡(luò)模式選擇Client，合同為UDP，端口設(shè)立成6000，服務(wù)器的地址設(shè)立為192.168.1.112。設(shè)立完畢后，點(diǎn)擊“擬定”。圖5.3網(wǎng)絡(luò)設(shè)立5.3上位機(jī)測(cè)試5.3.1登錄界面測(cè)試將顧客輸入的顧客名、密碼與數(shù)據(jù)庫中顧客名、密碼字段匹配，始終登陸成功，跳轉(zhuǎn)至檢測(cè)界面。圖5.4顧客登錄界面5.3.2檢測(cè)界面測(cè)試配備區(qū)域，合同展示區(qū)域，數(shù)據(jù)顯示區(qū)域。配備區(qū)域重要是串口和UDP網(wǎng)絡(luò)的配備。合同展示區(qū)域重要是將完整合同展示出來。數(shù)據(jù)顯示區(qū)域，就是將數(shù)據(jù)解析后的成果顯示在界面上。圖5.5監(jiān)控測(cè)界面5.4問題及解決辦法（1）組網(wǎng)成功后，藍(lán)牙從模塊采集數(shù)據(jù)發(fā)送給藍(lán)牙主模塊的數(shù)據(jù)在上位機(jī)中顯示error