（控制理论与控制工程专业论文）基于zigbee的智能小区管理系统的研究与设计.pdf

i l i l f l f l l ! r 舢r l l lill删ii l i y 18 4 3 7 2 7 at h e s i sf o rt h ed e g r e eo fm a s t e ri nc o n t r o lt h e o r ya n dc o n t r o l e n g i n e e r i n g r e s e a r c ha n d d e s i g n o f i n t e l l i g e n tco m m u n i t y m a n a g e m e n ts y s t e m b a s e do nz i g b e e b yz h a n g l e i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rz h a n gj i a s h e n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 o 一，。孺忿静弦一黔鬣爨题萤lki睡f o 独创性声明 本人声明，所呈交的学位沦文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：勖撬 日期： z o o a d a t a ( 3 1 0 ) 时，让a v e r d a t a i 最大值的主设备某个节点脱离，加入到a v e r d a t a i 最小的那个主 设备，依次判断完成网络的自适应负载均衡。由于网络中终端采集到的数据字节 量不会有很大的差距，终端设备又有大量的节点是相同的，采集到的数据字节量 大小也会相同，所以不会出现反复的使一些节点脱离网络在加入网络，即反复失 去网络平衡又回到新的平衡的抖动现象。网络最终会回到一个确定的平衡点，使 网络通信效率提高。 3 3 3 负载均衡的结果分析 网络仿真不但是网络设计的重要环节，也是进行网络性能分析的关键。通过 仿真，对各模块的互交行为进行较精确的模拟，同时获取相应数据对系统的性能 进行较准确的预测，据此合理修改设计或数参设置，选择符合要求的性价比较高 的方案。因此，最后的仿真结果是评价整个设计方案优劣的重标。要指随着网络 新技术的不断出现和数据网络的日趋复杂，对网络仿真技术的需求必将越来越迫 切。在网络仿真软件中，比较有名的有m i l 3 公司的o p n e t 软件、c a d e n c e 公 司的v c c 软件，这些软件一般的价格都在2 0 3 0 万美元左右，每年还需要数万 美元的服务费。除了这些商业软件，在网络仿真领域还有一些免费软件，其中最 著名的就是v i n t 的n s 2 平台【2 2 】。 n s 2 是用c + + 和脚本语言o t c l 写的，o t c l 解释器面向用户，用户编写o t c l 脚本定义网络拓扑( 节点数、节点位置和连接等) 、网络业务( 数据源、目标节点和 业务类型等) 以及网络所用的协议类型，这个脚本在仿真期间被n s 2 调用。仿真 的结果由t r a c e 文件输出，这个t r 文件可以记录仿真期间发生的所有事件，可以 一3 0 东北大学硕士学位论文第3 章z i g b e e 网络架构和效率优化 用于仿真后期数据处理( 计算延时、吞吐量等等) ，利用这些数据可以分析网络的 工作效率【2 3 1 。 在仿真时需要假设一些条件：假设所有的f f d 节点在中心节点通讯范围内， 而所有的终端采集节点可以到达范围内的任何一个f f d 节点；所有的终端采集 设备种类不多，不同的设备节点之间数据字节量相差不会太大；在通讯过程中信 道评估算法有效，c s m a c a 机制工作完全解决传输冲突问题；终端采集数据频 率大小一定。 z i g b e e 大型网络的搭建需要一定的环境，在这种情况下对所设计的自适应 机制进行测试，利用是的软件n s 2 模拟仿真。在两种状态下对自适应机制进行 测，试这良种状态分别是自适应机制状态和无自适应机制状态；由公式( 3 6 ) 和 ( 3 8 ) 取x 轴坐标为时间s 秒，y 轴坐标为中心设备处理的数据总量t o t a l d a t a ， 并假设s u m d a t a 和f 大小一定，m 和n 的值为一个允许范围内的定值。经过测 试，并对结果采用取平均值、最小二乘法和概率论等方法处理后得到如上图所示 3 8 的两条直线分别代表了这两种状态。经过模拟试验测试证明了能使网络负载 得到优化，使网络处于平衡状态，高效的解决了网络数据传输的瓶颈问题。这样 就解决了在z i g b e e 网络在实际应用中的一个网络优化问题，使z i g b e e 网络在应 用中更容易更快捷。 t a t o l d a t a o m ( s ) 图3 8z i g b e e 自适应网络效率图 f i g 3 8e f f i c i e n c yo f z i g b e es e l f - a d a p t a t i o n 一3 1 东北大学硕士学位论文第3 章z i g b e e 网络架构和效率优化 3 4 小结 本章首先介绍了z i g b e e 的网络基础，然后详细的叙述了z i g b e e 网络的具体 架构，分析了远程无线抄表的特点，选择了树形网络作为其拓扑结构，并给出了 相应的路由算法，最后对所选择的树形网络的网络效率进行了优化。 一3 2 东北大学硕士学位论文第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的 实现 4 1 系统硬件平台简介 本系统根据实际应用的需求，z i g b e e 网络协调器节点采用了基于a r m 9 核 r i s c 结构的$ 3 c 2 4 1 0 微处理器；z i g b e e 无线射频芯片采用c h i p c o n 公司的射频 收发器芯片c c 2 4 3 0 ，通讯模块选用s i m c o m 公司的s i m l 0 0 ，进行基于g p r s 网 络的数据通信；扩展了f l a s h 程序存储器和s d r a m ，f l a s h 存储器可存放已调试 好的用户应用程序、嵌入式操作系统或其它在系统掉电后需要保存的用户数据 等，s d r a m 为操作系统和应用程序提供运行空间，并为通信提供接收和发送数 据缓存区；串口通讯模块用于调试及与终端设备进行通信；j t a g 接口可用于对 芯片内部的所有部件进行访问，通过该接口可对系统进行调试、编程等；另外， 还有电源、复位等电路。按照功能分类，系统网络协调器节点硬件结构框图如图 4 1 所示： 图4 1 网络协调器节点硬件结构框图 f i g 4 1t h eh a r d w a r eb l o c kd i a g r a mo fn e t w o r kc o o r d i n a t o r 一3 3 东北大学硕士学位论文 第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 4 1 1z i g b e e 无线模块设计 根据应用特点：耗能低、成本低、体积小和功能强大等，由上面的结构图选 取硬件芯片，现如今包含z i g b e e 协议栈的射频芯片有多种，如f r e e s c a l e 公司的 射频收发器芯片m c l 31 9 x 系列，c h i p c o n 公司的射频收发器芯片c c 2 4 2 0 系列和 c c 2 4 3 0 系列等等。综合考虑所有的特点我们首选c h i p c o n 的c c 2 4 3 0 ，既可以完 成我们所要的功能又有价格上优势；在采集接口上我们为了实验室测试方便采用 了r s 2 3 2 串口。c c 2 4 3 0 是短距离，低功耗，2 4 g h z l s m 频段射频收发器。完全 符合i e e e 8 0 2 1 5 4 p h y m a c 标准，并支持z i g b e e 星形网络和对等网络。c c 2 4 3 0 可以单独组成z i g b e e 平台的无线网络节点，根据软件的不同组成嵌入式系统， 可以完全适应从低级别的点对点通信到高级别的z i g b e e 复杂网络。 c c 2 4 3 0 系列内部集成了一个增强型8 0 5 1 m c u 核心，其性能与许多1 6 位 m c u 相当，但功耗很低，将其和c c 2 4 3 0 配合使用可以大幅度地延长电池寿命， 提高工作性能。这样应用不但将主节点的设计模块化，并且增强了可移植性。并 且简化了电路的设计过程，省去了对单片机与无线收发芯片之间接口电路的设 计，缩短了研发周期【2 4 1 。 该电路设计原理图如图4 2 所示。其主要包括接口电路、3 3 v 和1 8 v 电源 滤波电路、芯片晶振电路、巴伦电路、入网指示电路及复位电路6 部分。接口电 路采用两个1 2 脚排针，将c c 2 4 3 0 所有的2 1 个i o 引脚以及电源引脚、复位引 脚全部引出，以供用户在应用中根据实际情况进行相应的i o 功能定义，增加无 线模块的通用性；电源滤波电路根据不同的供电电源选用不同的滤波电容，该部 分电路参考c h i p c o n 公司滤波电容组设计；入网指示电路采用l e d 直连i o 口 p 1 o ：其余电路均参照c c 2 4 3 0 的参考设计来完成，图4 3 为c c 2 4 3 0 的实物图。 在c c 2 4 3 0 内部模块中，芯片从天线接收到射频信号，首先经过低噪声放大 器( l n a ) ，然后f 交下变频到2 m h z 的中频上，经过中频信号的同相分量和正交 分量。两路信号经过滤波和放大后，直接通过a d 转换器转换成数字信号。后 继的处理，如自动增益控制、最终信道选择、解扩以及字节同步等，都足以数字 信号的形式处理。接收到的数据存放在1 2 8 字节的接收f i f o 缓冲区中，帧的c r c 校验由硬件完成。c c 2 4 3 0 的f i f o 缓冲区保存m a c 帧的长度、m a c 帧头和 m a c 帧负载数据三个部分，不保存帧校验码。c c 2 4 3 0 发送数据时，数据帧的 - 3 4 东北大学硕士学位论文 第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 前导序列、帧起始分隔符以及帧校验序列由硬件产生：接收数据时，这些部分只 用于帧同步和c r c 校验，而不会保存到接收f i f o 缓冲区。c c 2 4 3 0 发送数据时， 使用直接正交上变频。基带信号的同相分量和正交分量直接被数模转换器转换为 模拟信号，通过低通滤波器，直接变频到设定的信道上。 图4 2c c 2 4 3 0 无线模块原理图 f i g 4 2t h es c h e m a t i cd i a g r a mo fc c 2 4 3 0w i r e l e s sm o d u l e s 图4 3 c c 2 4 3 0 实物图 f i g 4 3t h ep h y s i c a lf i g u r eo fc c 2 4 3 0 3 5 东北大学硕士学位论文第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 4 1 2g p r s 模块设计 g p r s 是在g s m 基础上发展起来的一种分组交换的数据承载, n 4 - # 输方式， 在嵌入式系统中应用非常广泛。随着中国移动g p r s 网络建设的日趋成熟，地区 的覆盖率超过9 0 ，g p r s 信号基本上达到了无盲区覆盖【”l 。 目前，市场上g p r s 通信模块的产品有很多，如m o t o r o l a 公司的g 2 0 ，s i e m e n s 公司的m c 3 9 i 及s i m c o m 公司的s i m l 0 0 等。本系统选择相应模块的标准是： 内部嵌入t c p i p 协议，具有高的性价比。依此，系统选用了s i m 公司的s i m l 0 0 g s m g p r s 双频通信模块。 s i m l 0 0 集成了完整的射频电路和g s m 的基带处理器，适合于开发基于 g s m g p r s 的无线应用产品，并且为用户提供了功能完备的系统接口，用户只 需投入少量的研发费用，在较短的研发周期内，就可集成自己的应用系统。 s i m l 0 0g p r s 模块和e p 9 3 0 2 之间的通信和数据传输是通过串口来实现的。 s i m l 0 0 提供标准的r s 2 3 2 串行接口，用户可以通过串行口使用a t 命令完成对 模块的操作。串行口支持以下通信速率：3 0 0 , 1 2 0 0 ，2 4 0 0 ，4 8 0 0 ，9 6 0 0 ，1 9 2 0 0 ， 3 8 4 0 0 ，5 7 6 0 0 ，1 1 5 2 0 0 ( 起始默认) 。当模块上电启动并报出r d y 后，用户就可 以和模块进行通信，用户可以首先使用模块默认速率1 1 5 2 0 0 与模块通信，并可 通过a t + i p r = 命令自由切换至其它通信速率。本模块支持外部s i m 卡，可 以直接与3 0 v s i m 卡或s v s i m 卡连接，模块能自动检测和适应s i m 卡类型。选 用s i m 卡需要开通g p r s 业务。g p r s 模块结构框图如图4 4 所示： 图4 4g p r s 无线通信模块结构框图 f i g 4 4t h e s t r u c t u r ed i a g r a mo fg p r sw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nm o d u l e 一3 6 东北大学硕士学位论文第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 4 2 系统软件设计 在z i g b e e 节点设备上，软件是个不可缺少的部分，下面首先介绍了软件的 开发工具，然后对各类节点实现等程序设计进行了详细说明。 4 2 1 软件的开发工具 本系统的软件开发工具有i a re m b e d d e dw o r k b e n c h 和j t a g 仿真器，利用这 些工具完成程序的编写，调试，生成等工作。利用i a re m b e d d e dw o r k b e n c h 开 发的程序编译成功后，通过j a t g 仿真器下载，烧写到c c 2 4 3 0 的单片机中。 i a re m b e d d e dw o r k b e n c h 是一套完整的集成开发工具的结合，包括从代码 编译器、工程建立到c c + + 编译器、连接器和调试器在内的各类开发工具。它同 各种仿真器、调试器紧密结合，使用户在丌发和调试过程中，仅仅使用一种开发 环境界面就可以完成多种微处理器的开发工作。i a re m b e d d e dw o r k b e n c h 作为 软件的开发平台。它对不同的微处理器提供了一样直观的用户界面，目前i a r 能应用3 5 种以上的8 位、1 6 位、3 2 位微处理器结构。除以上几点外，i a r 还提 供了v i s u a ls t a t e 和i a rm a k e a p p 两套图形开发工具，以帮助开发者完成应用 程序的开发。嵌入式i a re m b e d d e dw o r k b e n c h 有效的提高了用户工作效率，通 过i a r 工具，用户可以大大节省工作时间。图3 5 为i a r 软件界面。 i a re m b e d d e dw o r k b e n c h 集成的编译器主要有以下特点： 高效的p r om a n e 代码 高度优化的a v rc c + + 编译器 通用i a rx l i n kl i n k e r 内建对应芯片的程序速度和大小优化器版本控制和扩展工具良好 便捷的中断处理和模拟 具有世界先进水平的高级语言调试器t a rc - s p y t m 工程中相对路径支持 一3 7 东北大学硕士学位论文第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 图4 5i a r 软件开发界面 f i g 4 5i a ri n t e r f a c eo fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t j t a g 仿真器采用的是西安华凡科技有限公司的c c 2 4 3 0 多功能仿真器，它具 有仿真器、编程器、z i g b e e 协议分析仪等功能。实物如下图所示： 图4 6 c c 2 4 3 0 仿真器 f i g 4 6t h ee m u l a t o ro fc c 2 4 3 0 4 2 2z i g b e e 所需程序设计 ( 1 ) 终端设备程序流程 终端设备实现的主要的功能就是加入到现在的网络中去，读取仪表的数据， 能够接收z i g b e e 网络上传来的数据和命令，然后根据命令去操作仪表。如果作 为一个路由节点加入整个网络的，那么还具有路由功能，为其他的节点路由转发 数据。 一3 8 东北大学硕士学位论文第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 终端设备的软件的执行是一个无限的循环，对于这个循环，只处理硬件中断 一种事情。为了便于操作和应答中断，本文把中断分了三种类型，一种类型是网 络中管理信息的中断，一种类型是网络中数据信息的中断，一种类型是硬件中断， 先判断属于哪种类型，再给出相应的应答信息。 图4 7 终端没备流程图 f i g 4 7t h ef l o wc h a r to ft e r m i n a le q u i p m e n t ( 2 ) 网络协调器程序流程 网络协调器是整个z i g b e e 网络的核心，一方面担任起网络协调器的角色， 另一方面还要完成与服务器的通讯。首先系统开始启动，然后初始化所有的硬件 和软件，并组织以自己为协调器的网络，初始化网络的深度等网络有关的信息然 后定时发送信标帧。随后进入中断的循环检测和处理过程，查看是否有中断信息 一3 9 东北大学硕士学位论文第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 的到来，如果是来自网络中某一节点发送的数据中断，则对此数据进i r 整理，然 后发送给g p r s 模块，通过g p r s 网络发送到远程的服务器端，并上上给网络中源 节点确认信息。如果这个中断是来自网络中管理信息的中断，例如，一个节点申 请加入到该网络当中，则根据整个网络的容量，给出相应的应答信息给此节点。 如下图所示： 4 8 网络协调器流程图 f i g 4 8t h ef l o we h a r to ft h en e t w o r kc o o r d i n a t o r ( 3 ) 网络协调器与管理中心通讯流程 网络协调器要把数据发送到远程的服务器，先是通过串口用a t 命令集把数 据发到g p r s 模块，由g p r s 模块完成数据的发送。当g p r s 模块接收到数据， 一4 0 一 东北大学硕士学位论文第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 会通过串口以中断的方式告知，通知控制器来处理数据。为了发送数据到远程的 服务器，定义了数据报格式，这些数据报到达服务器后，需要对数据报进行分析、 解包等，同理，服务器往网关设备的数据，也必须打包，由网关设备进行解包、 分析和处理【2 6 1 。在本系统的通信协议中，数据报的格式如图4 9 所示： 图4 9 g p r s 数据报格式 f i g 4 9t h ef o r m a to fg p r sd a t a 数据报中，g p r s 终端号是各个g p r s 终端独一无二的编号，它用于标识 g p r s 终端，占l 字节；序号是发送数据包的编号，每次发送新数据包，该值加 1 ，占2 字节：数据帧个数表明数据字段所含数据的帧数，占l 字节；数据帧承 载有效的抄表数据，数据帧均以十六进制数表示，且每个字节上的数全为无符整 型数，其数据格式如图4 1 0 所示： 图4 1 0 数据帧格式 f i g 4 10t h ef o r m a to fg p r sd a t af l a m e 数据帧的格式中，帧头为“f f h ，它标识一个数据帧的开始，占1 字节； 节点标识用于标识不同的z i g b e e 节点，表明数据的来源或去向， “0 0 h ”为网 络协调器节点，“0 1 h ”为传感器节点1 ，依次类推，该字段占l 字节；数据类 型标识表明该数据帧中的数据是传输的抄表数据还是命令，“0 1 h ”表示命令帧， “0 2 h ”表示数据帧，该字段占l 字节；数据长度为有效载荷的字节长度，占2 字节；数据为传输的抄表数据或命令；帧尾为“f e h ”，它标识一个数据帧的结 束，占用1 字节。g p r s 数据报格式的数据结构定义如下： t y p e d e f s t r u c t 6 p r s 数据报格式 u i n t 8 i d ： u i n t l 6 s e q u e n c e h u m ； u i n t 8 f r a m e s i z e ： s t r u e tf r a m e * f r a m e ； ) g p r s d a t a ： t y p e d e fs t r u e t 数据帧格式 u i n t 8 f r a m e s t a r t ： u i n t 8 n o d e i d ： u i n t 8 d a t a _ t y p e ： 。 u i n t 8 d a t a _ l e n ： c h a r * d a t a b u f ： 一4 1 东北大学硕士学位论文第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 u i n t 8 f r a m e e n d ： ) f r a m e ： 网关设备与服务器通讯的数据流程，如图4 1 l 所示： 图4 1 1 网关与服务器通信流程图 f i g 4 11t h ef l o wc h a r to ft h eg a t e w a yt oc o m m u n i c a t e w i t ht h es e r v e r ( 4 ) 串口通信 服务器端的p c 与s i m l 0 0 串行通信时，串口读取短信息并对短信息进行数 据处理( 主要指按格式对字符串进行截取) 的编程设计。 m s c o m m 控件只有一个事件，即o n c o m m 事件。通信控件的工作原理类似 于中断方式，当有通信事件发生时，如发送、接收数据，就会触发事件。在o n c o m m 事件的处理函数中调用g e t c o m m e v e n t ( ) 函数，由该函数的返回值即可确定是什 么类型的事件，并由此做出相应的处理。一般而言，使用上述函数和属性就可以 进行串口通讯了。用该控件传输的数据是u n i c o d e 格式。 一4 2 东北大学硕士学位论文第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 在所设计的无线抄表系统中，s i m l 0 0 通过r s 2 3 2 接口与p c 相连接，将网 络协调器传来的抄表数据传送到p c 机的数据库中，构成水、电、气远程无线自 动抄表管理信息系统的抄表数据来源。可以使用v c + + 6 0 和o d b c 技术来实现 s i m l 0 0 与p c 之间的串行通信。此处给出计算机串行端口接收到抄表短信息后 按照数据格式对数据帧进行解包并存入数据库中的程序流程图如图4 1 2 所示， 有了远程无线抄表硬件系统的通信保障，就可以在此基础上设计小区管理信息系 统了。 4 3 小结 图4 1 2 串口通信流程图 f i g 4 12 t h ef l o wc h a r to fu a r tc o m m u n i c a t i o n 本章系统介绍了z i g b e e 硬件与软件平台，详细介绍了z i g b e e 和g p r s 复合 网络各节点程序设计。 一4 3 东北大学硕士学位论文第4 章基于z i g b e e 的远程自动抄表系统的实现 一4 4 一 p ，p 东北大学硕士学位论文第5 章数据库的设计 第5 章数据库的设计 小区物业管理系统是以数据库为基础的。所以，数据库设计的好坏直接对应 用系统的效率以及实现的效果产生影响。在设计数据库时要减少数据冗余，保证 数据的完整性、一致性和安全性【2 7 1 。在设计数据库时尽量考虑全面，尤其是用 户的各种需求，避免浪费不必要的人力和物力。数据库的结构设计主要与系统处 理业务的对象关系息息相关。 5 1 数据库的概述 数据库是任何管理系统必不可少的组成部分，它实现数据的存储与查询，是 软件的后台支持。系统的优化和响应速度取决与数据库的设计。在智能小区管理 软件中，数据库主要是存储系统信息、业主信息、抄表信息、收费信息、社区管 理信息，统计信息等，支持软件的查询显示掣2 8 1 。 5 1 1 数据库开发系统的选择 为了节约硬件资源，根据客户需求选择合理的数据库软件是整个系统稳定运 行的基础。数据库管理系统( d b m s ) 是位于用户和操作系统之间的一层数据管理 软件，是数据库系统( d b s ) 的核心组成部分。用户在数据库系统中的一切操作， 包括定义、查询、更新及各种控制，都是通过d b m s 进行的。d b m s 就是实现 将用户意义下的抽象的逻辑数据的处理转换成计算机具体的物理数据的处理软 件。依据数据库模型的不同，数据库系统可以划分为三个阶段：第一代是网络、 层次数据库系统；第二代是关系数据库系统；第三代是以面向对象模型为主要特 征的数据库系统。目前的数据库产品有f o x p r o 、d b 2 、i n f o r m i x 、s y b a s e 、o r a c l e 、 s q ls e r v e r 、p o s t g r e s q l 、m y s q l 等【2 9 1 。 f o x p r o 、d b 2 、i n f o r m i x 是2 0 世纪7 0 代的代表，主要是面向关系数据库； p o s t g r e s q l 、m y s q l 是随着自由软件的发展而发展的，通用性比较差；s y b a s e 、 o r a c l e 、 s q ls e r v e r 主要是面向对象的数据库，但s y b l i n e 相对于p o w e r b u i d e r 软件开发比较方便，o r a c l e 是开发大型数据库的理想选择，但对硬件要求比较高， 相对于开发小区管理数据库造成了资源浪费，采用s q l s e r v e r 2 0 0 0 已经可以满 一4 5 东北大学硕士学位论文第5 章数据库的设计 足开发需求，而且与v i s u a lc + + 软件连接方便快捷，所以本次没计中选择s q l s e r v e 2 0 0 0 开发后台数据库。 5 1 2 数据库的体系结构 设计数据库时，强调的是数据库的结构；应用数据库时，关心的是数据库中 的数据。数据库中的数据是变化的，而数据库的结构是相对稳定的，从数据库系 统的角度看，数据库结构通常采用三级结构：如果从数据库的最终用户看，数据 库系统的体系结构分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户一服务器结 构( c s ) 和浏览器一服务器结构( b s ) 等【3 0 】。 为满足物业管理系统可能被多个用户同时操作的需要，本文采用了客户机 服务器的系统结构模式。客户服务器结构，是随着计算机技术、网络技术、数 据库技术、通讯技术等不断发展而产生的一种计算模式与结构，它的计算环境是 基于网络的，通过网络，将多台分散的计算机系统连接起来。 从技术上看，c s 结构足一个逻辑概念，它是指一个计算机应用的大任务适 当分解成多个任务，有客户和服务器分别执行，体现的是一种“c u e n t 请求 s e r v e r 响应”的处理模式。 c s 体系向各个职能部门提供信息共享，使企业没置更加合理，对降低产品 成本、增加利润将产生重大影响，也更能适应企业重大改革的需求。所以，在进 行设计时，本文根据物业公司的具体情况和c s 的优势选用了其作为整个软件系 统的体系结构。 5 2 数据库结构设计原则 本文研究的小区物业管理软件系统是一个面向物业抄表、收费、事务处理等 多功能、多流程的管理型信息系统。因此，本系统确定了以下的数据库结构设计 原则【3 1 】： ( 1 ) 系统数据库设计考虑应用的普遍性，并根据系统运行的实际需求建立 相关的信息管理数据表。 ( 2 ) 应尽可能减小数据冗余，建立合理、方便、全面的数据索引，以提高 检索查询速度，满足各部门数据检索的需要，同时应保证所建立的数据库能够降 _ 4 6 。 东北大学硕士学位论文 第5 章数据库的设计 低程序的复杂程度。 ( 3 ) 由于各数据表之问关系密切，系统中只建立一个数据库，所有的数据 表都包含在这个数据库中。 另外，本系统数据库的命名规则如下：系统数据库名称为p r o p e r t y ；数据表 以字母“w y ”开头，后面加上相关汉语拼音缩写作为数据表名；字段名以汉字表 达。 根据以上原则，本系统的数据编码格式设计如下： ( 1 ) 房产i da 10 2 0 3 其含义为：a 栋楼、一单元、二楼、三号。 说明：第一位字母代表楼排编号，最多适用于2 6 栋楼。如果需要，可以根 据需要修改和扩展。其后以两位数字依次代表单元号、楼层号和门号。这种编码 格式应该能够满足一个中等的住宅小区的房产识别功能。 ( 2 ) 用户i db 10 2 0 3 0 4 其含义为：b 栋楼、一单元、二楼、三号的用户。 说明：用户i d 的前七位代码代表具名的房产i d 号，后两位是用户的家庭 成员人数，0 4 代表该户共有4 口人。将用户i d 通过房产i d 来定义，不但保证 了用户i d 命名的易识别性，同时又使其不易被混淆，避免了用户随意定义自己 i d 号码造成的混乱。 ( 3 ) 操作员i da 0 0 1 说明：本系统的操作员设有两种访问权限，即a 、b 级。a 0 0 1 代表系统访 问权限为a 级( 高层管理者) 的操作员。其不但可以完成日常的系统操作工程， 而且可以进行系统的维护。而b 级操作员只能完成其他功能子模块的操作。a 或b 之后的三位数字为操作员的顺序号。 除上述三种重要的编码格式外，系统还定义了智能仪表的数据编码格式， 以规范系统的数据管理。如表5 1 所示： 表5 1 数据编码格式 t a b 5 1d a t ae n c o d i n gf o r m a t 编码项目例子 智能水表i d 智能煤气表i d 智能电表i d c w o o o l g 0 0 0 1 e 0 0 0 1 4 7 东北大学硕士学位论文第5 章数据库的设计 5 3 数据库结构设计 资料数据表足静态的，抄录数据与结果数据是动态生成的。由于本系统的设 计相对复杂，因此将系统分为各个功能模块进行设计。本文一共分为六个功能模 块，分别是信息管理、抄表管理、收费管理、报表查询、社区管理以及系统管理。 根据功能模块的需求，确定所需要的表、及各个表之间的关系。表5 2 为数据库 包含的表格清单。 表5 2 表格清单 t a b 5 2l i s to ft a b l e s 5 3 1 信息管理 ( 1 ) 小区及业主 在一般的小区中，小区的建筑结构关系为：小区、大楼、住房。其列表如图 5 1 、5 2 和5 3 所示。 一4 8 ， 东北大学硕士学位论文 第5 章数据库的设计 i 型圣 i墼堑耋型l 量蕉i 垒壹窒 曰l 小区i d i n t4 l 小区名称y 口c h a t 3 0 l 地理位置 甲缸c b a r , 5 0 l 开发商 y 盯c h 3 0 矿 i 承建商，掣c h 盯3 0矿 i 总栋数 i n t 4 i 总占地面积 r 缸c h a t1 0 ， i 总建筑面积 v a t c h a t 1 0 矿 l 开工日期d a t e t i m e 8 矿 i 竣工日期d a t e t i m e 8矿 i 绿化率 v 盯c h a t -1 0 y i 总套数 i n t4 矿 i 总人口 i n t4 少 i 车位数 i n t4 i 外观图i m a g e 1 6 矿 i 备注 v a r c h a r 8 0 图5 1 小区资料 f i g 5 1d a t ao fc o m m u n i t y 列名l数据类型l 长度i 允许空 留i 大楼i d 大楼名称 小区工d 总楼层数 总单元数 建筑结构 大楼类型 总房间数 交楼日期 占地面积 已售套数 备注 e h a r8 ，a r c h a r2 0 i n t4 i a t哇 i n t4 甲a r c h a r 1 0 r a r c h a r 1 0 i r t t哇 d a t e t i m e8 n c h ”8 i n t4 v a t c h a r 图5 2 大楼资料 f i g 5 2d a t ao f b u i l d i n g 矿 矿 图5 3 房产资料表 f i g 5 3d a t ao f r o o m 一4 9 东北大学硕士学位论文 第5 章数据库的设计 从上图可以看出，大楼资料表是小区的子表，业主房产资料表足大楼资料表 的子表。 图5 4 业主资料 f i g 5 4d a t ao fo w n e r ( 2 ) 停车场车位管理 停车场要进行车位管理，首先要进行车位资料的录入，然后再将车位资料与 相应业主进行绑定。其数据表如图5 5 所示t 5 3 2 抄表功能 图5 5 车位资料 f i g 5 5d a t ao fp a r k i n gs t a l l ， 远程自动抄表模块包括电表、水表、燃气表三表数据的查抄，由于三表查抄 方式相同，数据列表也都相似，因此这里只列出电表数据。这里需要用到的数据 表有：电表资料表、电表数据表两个表，每次抄表结束后都会将最新数据相应地 添加到电表数据表中，具体结构分别如图5 6 和5 7 所示 一5 0 一 东北大学硕士学位论文第5 章数据库的设计 5 3 3 收费管理 图5 6 电表资料 f i g 5 6d a t ao fe l e c t r i cm e t e r 图5 7 电表数据 f i g 5 7d a t ao fe l e c t r i cm e t e rr e a d i n g 收费管理的过程可分为收费项目与收费标准的制定、选用收费标准、费用数 据录入、审核用户费用、进行物业缴费以及预收款管理。 由于小区的收费很复杂，所以在编制物业收费项目时需要考虑的信息内容相 对较多，如计费的依据可以是按业主的建筑面积、使用面积、居住人数等进行计 费，也可以按仪表的走表量进行计费，还可依据不同的计费区间进行计费或者是 个别住户收费相同等。因此，一个收费项目可以具有几个计费计算公式，而收费 公式可综合成为下列表达式： 参数时间单价比例+ 附加额 其中，参数是根据收费项目指定的计算参数，如走表量、建筑面积、使用面 积等；时间是经历的年月同；单价是每参数单位及时问的价格；比例是比例系数， 表示计算费用后的折扣等；附加额表达了某项费用的最低费用。 图5 8 和图5 9 分别是制定收费项目表和收费标准表时涉及到的数据表。 一5 1 东北大学硕士学位论文第5 章数据库的设计 图5 8 收费项日表表 f i g 5 8c h a r g ei t e m s 图5 9 收费标准表 f i g 5 9c h a r g es t a n d a r d s 在进行费用数据录入时，系统操作者需要把业主需要缴费的项目添加到相应 的业主收费界面上，系统会自动根据公式计算每项收费金额，然后累加得出业主 应缴费用总额。下面三个表分别是费用录入、审核、生成等功能所涉及到的表。 图5 1 0 收费明细 f i g 5 1 0c h a r g ed e t a i l e d 其中，费用生成表中的字段“状态”其值为1 时，表示业主费用己缴，不能 再做更改，而且只有在其状态为l 时，才能生成物业缴费单。否则，不能生成物 业缴费单。这一项，相当于进行数据审核。 一5 2 东北大学硕士学位论文 第5 章数据库的设计 图5 11 收费列表 f i g 5 1i l i s to f c h a r g e 图5 1 2 费川生成表 f i g 5 12g e n e r a t i n go fc h a r g e 以上所给出的各表，是本系统数据结构的核心所在，也是本系统各个功能模 块能够顺利进行的基础，所以介绍的比较详细具体。但是。鉴于篇幅有限，且其 他功能模块所涉及的各表独立性较强，且功能相近，在此就不再赘述了。 5 4 小结 本章重点介绍了数据库的设计与实现，包括数据库的选择、结构设计、功能 规划、具体实现，以及数据库各表之间的逻辑关系的设计确定。 一5 3 东北大学硕士学位论文第5 章数据库的设计 - 5 4 ， 乞， 东北大学硕士学位论文第6 章智能小区管理软件设计 第6 章智能小区管理软件设计 6 1 物业管理系统的开发工具 智能小区管理软件是基于数据库的应用软件，并且要求界面友好方便管理， 尤其对系统的运行速度等都有一定的要求。目前，很多数据库的厂商和应用开发 工具厂商纷纷推出了一些先进的、新一代的基于客户端j l & 务器结构的快速应用 开发工具r a d 。这些工具为应用开发人员开发企业级客户服务器结构下客户机 前端应用程序带来了极大的方便3 2 1 。目前较为流行的、人们使用较多的产品有： m i c r o s o f t 公司的v i s u a l f o x p r 0 6 0 ， i n p r i s e 公司的d e l p h i 7 0 ，m i c r o s o f t 公司 的v i s u a l c + + 6 0 、v i s u a l b a s i e 6 0 ，s y b a s e 公司的p o w e r b u i l d e r l 0 0 。 v b 是新人开发与系统无关的综合应用程序的首选，容易使用。v b 开发效 率高，代码执行效率一般，但安全性相对比较差。 p b 是开发大型m i s 及各类数据库跨平台应用的首选：从数据库前端工具来 讲甚至远远超过了o r a c l e 的d e v e l o p 系列等专门的工具，但多媒体和网络功能与 其他工具相比较弱，同时p b 的高级编程书籍的缺乏和基础语言p o w e r s c r i p t 的 普及程度对p b 的明天有一定的限制。 c + + b u i l d e d e l p h i 是唯一一套能够同时适用于开发数据库应用、网络及w e b 应用、分布式应用、可重用组件、系统软件、驱动程序、多媒体及游戏等所有软 件的高效率开发环境；但是c + + b u i l d e r d e l p h i 的v c l 源码基于o b j e c t p a s c a l ， 基础语言不够通用和开发系统软件功能。 j a v a 在一般的管理信息系统中和一般的数据库开发中，很少有人会选择j a v a ， 一是由于其开发环境的配置较难，和数据库连接时较为负责，对开发人员的开发 经验和学习时间都有很高要求。 v c 从功能上讲什么都可开发；从开发效率角度讲只局限于开发w i n d o w s 系 统应用、可重用组件及驱动程序，又有微软的支持，其自身的基础语言的普及程 度高，以及其代码的执行效率高，同时v c 自带强大的帮助文档和大量优质教材， 所以v c 在数据库开发工具中始终可以稳住阵角【3 3 】。 经过上述比较，选择v c 作为开发工具。v i s u a lc + + 是m i c r o s o f t v i s u a ls t u d i o 6 0 家族的成员之一，它集程序的代码编辑、编译、连接、调试等功能于一体， 一5 5 东北大学硕士学位论文 第6 章智能小区管理软件设计 给编程人员一个完整、全面而又方便的开发环境，并提供了许多有效的辅助开发 工具。此次设计主要是基于m f c 的c + + 编程方式同。 m f c 是各种类结合起来构成的一个应用程序框架，并提供类用户接口的标 准实现方法，使开发应用程序更加方便，极大的加快类程序的开发速度。而且它 在整个w i n d o w s 家族中都有兼容，可以与操作系统无缝结合。 采用v i s u a l c + + 6 0 作为主要的开发工具，可与m i c r o s o f ts q ls e r v e r 2 0 0 0 数 据库完美结合，具有可重用性高，灵活性强，可管理性及可维护性好等特点。 6 2 物业管理系统需求性分析 软件需求是指用户对目标软件系统在功能、性能、设计约束等方面的期望。 通过对应用问题及其环境的理解与分析，为问题涉及的信息、功能及系统行为建 立模型，将用户需求精确化、完全化，最终形成需求规格说明，这一系列的活动 即构成软件开发生命周期的需求分析阶段f 3 5 】。 6 2 1 系统总体需求 智能小区物业管理系统软件就是运用现代管理技术结合现代信息技术，来实 现物业相关信息管理的系统。物业管理软件系统是专门用于物业信息的收集、传 递、存储、加工、维护和使用的完整系统。通过调查，要求智能小区物业管理系 统要具备以下几个总体功能1 3 6 j ： ( 1 ) 系统要涵盖物业公司的各个资源设置过程。包括房产资源设置，住户 资料设置，计量仪表设置，停车场