（计算机应用技术专业论文）zigbee网络通用监控软件的设计和实现.pdf

ab s t r a c t z i g b e e p r o t o c a l , w h o s e t e c h n o l o g i e s a re g r a d u a l l y m a t u r i n g , i s a n e w l y d e s i g n e d w i r e l e s s c o n t r o l a g r e e m e n t s . i t i s u s e d f o r t h e r e a l i z a t io n o f a w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k ( ws n ) . a z i g b e e m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m i n c l u d e t h r e e p a r ts , w h i c h a r e s e n s o r s , z i 沙e e p l a t f o r m f o r d a t a - t r a n s m i s s i o n a n d m o n i t o r i n g s o ft w a re . z i g b e e p l a t f o r m f o r d a t a - t r a n s m i s s i o n i s m o n it o r i n g o b j e c t u n r e l a t e d . ma n y s u r v e i ll a n c e s y s t e m s i n t h e c o m m o n m a r k e t a d o p t m a n d a t o ry c o d i n g a n d t a r g e t s - s p e c i f i c . i t i s n o t e a s y t o a m e n d t h e s o ft w a r e p a rt o r re u s e c o d e , w h i c h m e a n s t h a t t h e d e s i g n p a t t e rn i s n o t s u i t a b l e t o p r o d u c e a s e r i e s o f m o n i t o r i n g s o ft w a r e . a b e t t e r s c a l a b l e m o n i t o r i n g a n d c o n t o l s o ft w a r e h a s b e e n d e s i g n e d a n d r e a l i z e d a ft e r c a re f u ll y a n a l y z i n g t h e s y s t e m a r c h i t e c t u r e o f t h e m o n i t o r i n g s o ft w a re b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e re s e m b l e s y s t e ms i n t h e ma r k e t . t h i s p a p e r m a i n l y d e s c r i b e s o n e s o ft w a r e d e v e l o p m e n t p r o c e s s f o r a k i n d o f g e n e r a l c o m m e r c i a l m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l s o ft w a r e , i n c l u d i n g r e q u i re m e n t s a n a l y s i s , d e s i g n , i m p l e m e n t a ti o n a n d t h e t e s t p r o c e d u r e . t h e m o n i t o r i n g a n d c o n t o l s o ft w a r e i s m a i n l y d i v i d e d i n t o m o d u l e s , w h i c h a r e a u t h o r i t y c o n t r o l , n o d e c o n fi g u r a t i o n , d a t a a c q u i s i ti o n , d a t a s t o r a g e , c u r v e d i s p l a y , r e c o r d s l o g a n d a b n o r m a l s t a t e s a l a r m . t h e ry a r e d e t a i l e d d e s i g n e d a n d r e a l i z e d fr o m t h e p e r s p e c t i v e s o f fl e x i b i li t y , s c a l a b i l i ty a n d s t a b i li t y . i n t h e i n - d e p t h d a t a b a s e d e s i g n , t h e m a n y - t o - m a n y re l a t i o n s h ip h a s b e e n m a x i m i z e d u s e d i n o r d e r t o m a k e t h e s y s t e m m o re fl e x i b l e . t h e i n t e g r i ty o f t h e d a t a b a s e , s c a l a b i l ity a n d d a t a o v e r fl o w p r o b l e m s a r e fi x e d . i n u s e r i n t e r f a c e d e s i g n , s o m e re l a t e d r u l e s a r e u s e d f o r c o m p l 吨 w i t h t h e u s e r h a b it s . t h e p ro b l e m s o f c o m m u n i c a t io n s b e t w e e n o b j e c t s , m u t e x , n o d e s c a l a r , d r a w i n g fl i c k e r i n g a n d o t h e r i s s u e s a r e s o l v e d . t h i s s y s t e m s e l e c t e s m f c s d i f r a m e w o r k a s i t s m a i n a r c h i t e c t u r e , a d o p t s a d o u b l e s e r v e r / a c c e s s ms s q l d a t a b a s e t e c h n o l o g y , c h o s e s v i s u a l c + + f o r c o d 吨. t e s t s s h o w t h a t t h e s y s t e m c a n b e p r o l o n g e d a n d s ta b l e r u n n i n g o n w i n d o w s 2 0 0 0 / x p p c s . i t h a s im p l e m e n t e d t h e c o re f u n c ti o n s o f o n e m o n i t o r i n g a n d ab s t r a c t c o n t r o l s o ft w a re, o t h e r w i s e i t h a s b e t t e r s c a l a b i l i ty , fl e x i b i l i t y , a n d c o d e r e u s e c o m p a r e d t o t h e s y s t e m s a l i k e i n t h e m a r k e t . t h i s s y s t e m c a n b e m o d i f y e d 勿p r o p e r c h a n g e s f o r t h e d e v e l o p m e n t o f s p e c i f i c a r e a s o f m o n i t o r i n g a p p l i c a t i o n s , t h u s a v o i d s d u p l i c a t i o n o f d e v e l o p m e n t w h i c h i n c r e a s e s t h e t i m e a n d c o s t . k e y wo r d s : wi re l e s s s e n s o r n e t wo 火 z i g b e e , mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s o ft w a re 南 开 大 学 学 位 论 文 电 子 a-,7年 丁 fl 1了日 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了 解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的 规定， 同意如下各项内 容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本; 学校有权保存学 位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供 目 录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国 家有 关部门或者机构 送交论文的复印件和电子版; 在不以赢利为目的的前 提下，学校可以 适当 复制论文的 部分或全部内 容用于学术活动。 学位论文作者签名: 呻 w p 月 瓣/t 7 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密， 在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长 保密年限及书 写格式 规定如下: 饰 部5 v ( l iz 5 年z y 5- 一 秘密1 0 年 ( 最长1 0 年， 可少于 1 0 年) 机密 2 0 年 ( 最长2 0 年，可 少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的 学位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的 成果。 除文中己 经注明 引用的内 容外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的 研究工作做出 贡献的其他个人和集 体， 均己 在文中以明确方式标明。 本学位论 文原创性声明的法律责任 由本人承担。 日 份了了 学 位 论 “ 作 者 签 “ : 30 n 7 年 ” 第一章引言 第一章 引言 第一节 项目的背景 1 . 1 . 1 传感器网络 近 几年随着通信技术、 芯片技术和传 感器技术飞速发展，具有通信能力和 计算能力的新型 智能传感器被大量使用， 很多 应用中， 这些传感 器不是 孤立的， 而是需要几个、几十个甚至上万个协同工 作，组成一个分布式的传感器网 络。 传感器网络，是指一组传感器以自组方式构成的有线或无线网络，其目的是协 作地感知、采集和处理被网 络覆盖的 地理区 域中感知对象的 信息，并发布给观 察者p i 。 与 传统的 监控网 络的传感器相比， 传感器网 络中的传感器节点 有其自 身 的 特点:一是通信能力有限， 覆盖范围只 有几十米到数百米， 还会受到各种建 筑物， 地形， 天气的影响; 二是传感器电 源支持时间必须足够长，许多传感器 必须 采用电池供电 ，并且连续工作数个月 甚至数年:三是传感器的数量巨 大、 分布广，一栋大楼就有成百上千个传感器，一个区域的数量更多;四是网络动 态性强， 节点数众多，使用环境复杂， 难免会有传感器失效而改变网络拓扑; 五是数据流量巨 大，需要分布 式数据处 理的 支持。 传感器网 络的研究始于2 0 世纪 9 0 年代末， 它有着巨 大的应用价值， 可以 广泛应用到工农业生 产、环境监控、 交通管理、医疗卫生、 军事作战当中。比 如，在煤矿中铺设瓦斯和温度传感器，就可以对煤矿中不安全的因素及时的预 防和报警; 在数字 化战争中，给每个士兵，每架飞 机，每辆坦克装上传感器， 就可以对这些作战单元进行非常细致地集中实时指挥和控制，从而大大提高作 战效率;在智能 楼宇中，传 达室可以 方便地对大楼的配电 子系统、供水子系统、 通风空调子系 统、 制冷子系 统、照明子系统、门 禁子系统、网络设 备子系统和 电 梯子系统进行统一监控。 基于此， 传感器网络得到了 世界范围内军事部门、 工业界和学术界的 极大兴趣p i ， 美国、日 本、 英国、 意大利、 巴西等国 家对传感 器网 络表现出了 极大的兴趣，尤其以 美国 最为重 视， 它们纷纷展开了该领域的 研究工作。 第一章 引言 1 . 1 .2 z ig b e e 技术 在无线通信领域中，成熟应用的协议标准有蓝牙( b l u e t o o t h ) 和 wi - f i ( w i r e l e s s f i d e l ity， 无线 保真 ) ， 基于 这些标准的手 机、 p d a、 耳机、 笔记本以及 各 种 外围 设 备己 经出 现。 蓝 牙1 .0 的 数 据 传 输 速 率 达 到i m b p s 2 1， 未 来 还要 出 现 高 达4 8 0 m b p s 的 标 准， 而w i - f i 在 物 理 层 一 共 有3 个 标 准， 分 别 是8 0 2 . 1 1 a . 8 0 2 .1 1 b 和8 0 2 .1 l g ， 它 们 的 最 低 数 据 传 输 速 率 都 是1 m b p s ， 而 最 高 数 据传 输 速 率 方 面， i e e e 8 0 2 .l 1 b 为1 1 m b p s , 部 分 厂 商 在 设 备 配 套 的 情况 下 可以 达到2 2 m b p s , ie e e 8 0 2 .l l a 和8 0 2 .1 l g 最高 都 为5 4 m b p s ， 未 来 还 要出 现3 0 0 m b p s 以 上 的 速 率， 这种高速率适合传输语 音和视频。 与蓝 牙和 wi - f l 不同的是，以监 控为目 的的 传感器网 络不需要太高的数据 传输速率，强调简单 和低功耗， 大多数节点使用电 池供电， 这些电 池能够几个 月 甚至 好 几 年 不 更 换. z ig im ”技术 正 是 为了 解 决 这 些 问 题 而 提 出 来 的 ， 它 是 一 种新兴的无线通信协议，具有协议 简单、成本低、功耗低、 速率低、安全性高 等特点。 z i g b e e 的出 现并不是为了 取代蓝牙和wi - f i， 恰恰相反， 它们是一个 互补关系。 z i g b e e 是一种层次分明 的网 络协议， 一 共有4 层， 如图1 . 1 所示， 从最底层 往上依次是物理层( p h y ) 、媒体访问控制层( m a c ) 、网 络层( n w k ) 和应用层 ( a p l ) ， 其中应用层由 应用层框架、 z i g b e e 设备对象和应用支 持子 层组成。 在物 理层上， z i g t x ”支持8 6 8 mh z , 9 1 5 m h z 和2 .4 g h z 频 段， 采用 d s s s 直接序列 扩频，比起一般的f s k , a s k和跳频技术， 抗干 扰能 力和保密性都得到增强， 误 码率 降 低. 在m a c 层 上， z ig b e e 采 用了 技 术 成 熟 的c s m a 机 制 来 共 享 信 道， 并 且 支 持 网 络 同 步. 网 络 层 负 责网 络 路 径 的 建 立 和 维 护 ， 它 使 得z ig b e e 网 络 支 持多达6 5 0 0 0 个节点。 z i g b e e 可以自 动 组网 ， 支 持 星 型 ( s ta r) 、 网 状 型 (m e s h ) 和 簇 状型 ( c lu s te r t r e e ) 3 ， 种网络拓扑， 见图1 . 2 。 可以 根据需要选用合适的拓扑结构，当网 络中 某个节点 失效时，其它节点可以自 动重组， 数据可以自 动选择新的 路由，既 方便又可靠。 第一章引言 一 !用层xw 一 一 2ox* 时一 一，用*特子，一 2 1砂 . 设各时 妞应用层框 姻砂 ) 应用 支特子 用a m) a 阅 络凰 村 叼 翅体访问 控翻晨ma 口 图1 . 1 z i g m ” 协 议 找 心0刃) 人t丁0 一一厂烟 于级，迁.。 q 口 o/ 少 午刃 口 星 形 网 口 o 一o o 、00 簇状网 网 络 协 调 器 f f d，全功能设备 r f d.精简功能设备 口0 图l 2 z i g l x ”网 络拓扑结构 第一章 引言 1 . 1 .3 z i g b e e 国内 外 研究 应用现 状 z i g b e e 虽 然 出 现不 久 ， 但发 展 相当 快。 2 0 0 3 年 成 立 的 z i g b i，联 盟 (z i g b e e a l l i a n c e ) 是一个专门 研究 z i g b i ，的官 方组织，主要负责制定 包括网 络层、安全 层 、 和 应 用 层 的z ig b e e 协 议 标 准， 同 时 也 负 责z ig b e e 产 品 的 测 试 和 认 证。 z i g b e e 联 盟 在2 0 0 4 年1 2 月 推 出了 z ig b e e 1 .。 版 本， 目 前 正 在 准 备 提 交 版 本1 .1 给z ig b e e 大会讨论。国 外像c e l l n e t , e m b e r , f r ee s c a l e , h o n e y w e l , m l i t s u b i s h i e l e c t r i c , p h i l i p s , s a m s u n g , s i e m e n s 这些半导体厂家都己 经参与了z i g b e e 。最 近， 监控 领域的 领导者t a c公司已 经生产了一 个兼 容z i g b e e 和b a c n e t 标准的控 制器. 占 据美国家居和娱乐设备控 制绝大多 数份额的c o n t r o l 4 公司 在2 0 0 5 年就生产了 通过 i p 访问的 基于 z i g b i”的控制产品.目 前飞思卡尔半导体 ( f r e e s c a l e ) 推出的 单芯片平台解决方案 m c 1 3 2 2 x平台已 经能 将电池寿 命延长到2 0 年， 这是一个 相当大的 进步。与国外相比，国内的 研究主要是集中在应用生产 方面， 基本都 是公司参与，也有少量的教育机构参与，它们做的主要工作是购买国外的芯片 或模块搭建通信平台，而核心的技术像协议和芯片都是国外开发，因此国内仍 处 在z i g b e e 产 业 链的 最 底端 ，目 前 研 究 得比 较多 的 是 采 用c h ip c o n 公 司 生 产的 c c 系 列 芯 片 来 生 产z ig b e e 设 备 3 4 15 1 z i g b e e 有很大的 市场前景， 包括z i g b e e 在内 的监控领域， 预计每年 有近 1 2 0 0 亿美元的 市场， 这还是比 较保守 的估计， t a c公司 2 0 0 4年的楼 宇自 动化系统 ( b u i ld in g a u t o m a t io n s y s t e m ， 采用b a c n e t 标 准) 的 销 售 额 就 高 达2 2 0 亿 美 元。 它的 主要应用领域 包括工 业自 动化、 家庭自 动化、 医疗卫生、环境监 控、 玩具、 油田、电力、 矿山 等， 其中 最具潜力的是家庭自 动化， z i g b e e 联盟己 经为 这个 领 域 制定 了2 0 0 多 种 应 用 标 准 。 与 蓝 牙相 比 ， z i g b e e 的 优 势 在 那 些 对 数 据传 输 速率要求不高、 低成本和 低耗电的 应用上， 预计采用 z i g b e e 技术的每个 节点成 本在 3 - 4 美元左右。 第二节 本课题的工作目 标和意义 1 . 2 . 1目 标 z i g b i”在国内正在 起步，未来还有很大的发展空间， 本课题是北京智博通 第一章引言 盛科技 发展有限 公司z i g b e e 网络 传感器 项目 中的软 件部分. 本课题的具体目 标 是: 1 .研究监控领域用户的需求以 及技 术实现的可能 性。 2 . 研究监控领域的共性以及监控软件的构成。 3 .采用u m l 建 模方 法完成一 个g u i 通用监控软 件， 该软件能 够在z i g b e e 应用层实现对传感对象的监控、 z i g b e e 设备的 管理和维 护. 4 . 完成一个扩张性好的软件框架，在具体的监控领域中，能够在这个基础 框架下，基于用户新的需 求，能 够缩短开发时间， 快速开发一系列新的 应用监控程序。 5 . 通过具体的实现来验证上述思想，为将来的软件设计提供经验。 1 .2 . 2意义 监控系统已 经在现实生 活中得到广泛的应用，这些系统极大地提高了 生产 效 率， 方 便了 人 们 的 生 活。 随 着 社 会 的 不 断 发 展 和 技 术的 进步 ， z i g b e e 传 感 器 网 络一定能 够被广泛的 应用到生产、 消费、娱乐中 来，更好地为人类服务。 传 感 器 网 络 技术 是 一 个 新 的 技 术 热 点 ， z i g b e e 协 议 也是 一 个 新 的 协 议 ， 其 中还有很多 技术有待验证， 在实践中 改进和发展。 本项目 就是对z i g b e e 项目 的 一个实践， 也是对z i g b e e 技术的一个参与和推动。 z i g b e e 在国内刚刚 起步，很多问 题没有解决， 本课题是公司的应用研发项 目的软件部分，有助于公司的技术储备。 1 . 2 .3 “ 通用”的具体含义 课题中的“ 通用”具体体现在两个方面:一方面， 无论是哪种监控对象， 一般都包括一个有闽值的监控属性，比如开关量、温度、电压、湿度，仅仅是 属性的名称不同而己。系统面向单个对象，一个对象即作为其中的一个类别; 另 外一方 面， 系统可以直接使用， 用于简单的监测， 作为黑盒来调试硬件， 也 可以 作为 一个实现了监控软件关键功能的 核心， 在设计具体的监控软件时，需 重用这个核心的 代码， 针对具体监控领域开发具体的监控软件，从而实现软件 系列化。在这个软件基础上开发热电厂热量远程监控系统、气象实时预警系统、 环保监控数据传输系统、锅炉房远程监控系统和换热站及管网远程监控系统的 第一章引言 模式如图1 . 5 所示。 换热站及管网远程监控系统 锅炉房远程监控系统 环保监控数据传箱系统 气象实时预警系统 热电厂热量远程监控系统 z i g b e e 通用监控软件 图1 .5 z ig b e e 通用监控软件的开发模式 第三节 论文的内容安排 本文共分五 章。 第一章:引言。介绍了课题的背景、意义、目 标。 第 二章 : z i g b e e 通 用 监 控 软 件的 项目 需 求 分 析 。 基 于 用 例 分 析了 系 统的 各 项需求。 第 三章 : z ig b e e 通 用 监 控 软 件设 计， 对 项目 进 行了 概 要 设 计， 研 究了 监 控 软件的系统构成，设计了 系统的总体框架各个软 件模块。 第四章: z i g b e e通用 监控软件的实现，对项目 进行了 详细的设计，详细说 明了 软件的数 据结构、 算法、 程序流程。 第五章: z i g b i ” 通用监控软件的测 试。 第六章:总结，对本 文工作提出了 改进方案。 第二章 z i g b e e 通用监控软件需 求分析 第二章 z i g b e e 通用监控软件需求分析 第一节 用户需求分析 监控领域并非一个全新的领域，对行业来说，产品己经相当的成熟，但对 一个刚进 入这个领域的 公司 来说， 很多 都需 要从零开 始， 认真总结同 行的经验。 本文通过对监控行业的调查， 在参考了 一些商用监控软件的 基础上，总结了监 控软 件的 一些特点. 一些商用监控软件请参 考附录a o 一般的监控软件需要有权限控制，阻止非授权的查看和修改，保证软件的 完整性、可实用性， 最简单的安全性就是实现一个程序密码，启动程序时， 程 序弹出一 个对话框， 只要求 用户输入启动密码。完整一点的 监控系统则实 现权 限 控制管理，系 统启 动时需要输入用户名和密码， 不同的 用户具有不同的权限， 比如修改、添加、删除、查看。 系统最基本的是监控功能，需要从外界获取 数据，除了视频监控，一 般的 工业监控系统通过串口与监控设备交换数据，这主要是因为串口相对比较简单， 能够与一 些简单的 基于单片 机的 监控设备集成，最终节省成本。 数据采集主要 涉及到效率问题，尤其是多点监控，一般采用专门的数据采集线程采集数据， 这些数据采集线程和主线程、 数据存储线程是分开的。监控软件还可以 提供数 据存储的功能，方便日后的统计、分析、报表打印。 监控软件需要很高的稳 定性和 可靠性， 有点需要连续运行长达数月甚至数 年，尤其是在电力、航空、 港口 等领域，软件一 旦出 错可能会造成重大经济损 失，因此应该防止诸如内存泄露、系统负荷增长过快之类的问题。 监控软件一般以g ui 的方式提供人机交互界面，方便用户的操作，很多系 统都以图形的方式显示监控设备，非常直观，比如一个用于化工生产监控系统， 监控主界面上并非采用文字或简单的图形来表示监控对象以及监控对象之间的 连接关系， 而是被一些形象化的塔釜、管道、 仪表取代，甚至液体在管道中的 流动也用动画显示出来，这种形象的模式极大地方便了用户对软件的学习和使 用，同时也减少了用户对软件的误操作给系统带来破坏的可能性，当然这也提 高了程序员的负担。监控软件还提供报警提示功能，在系统故障时能及时通知 第 二 章z i g b e e 通 用 监 控 软 件 需 求 分 析 用户， 常见的报替方式有声光报警和电 话报替和短信报普， 有的系统还实现了 电子邮件报普。 用例模型是获取需求、规划 和控制 项目 迭 代过程的 基本工具， 用例的获取 是 主 要的 任务 之一 ， 也 是 项目 的 初 始 阶 段 首 先 要 做的 工 作 6 . u m l 用 例 ，是“ 系 统、 子系统或者类 似能够与外部参与者交互所执行的 动作序列， 包括各种序列 和出 错序列的说明”门 。 下面分别介绍 本系统使用的 用例。 与 系 统 交 互 的 角 色 包 括 操作 员 、 z ig b e e 设 备、 s q l s e r v e r/ a c c e s s 数 据 库系 统。操作员分成两类， 一类是系统管理员， 负责初始化和配置设备信息， 保护 系统的重要数据， 能够添加、 删除、 修改用户和设备:一类是操作员， 没有上 述权限， 但能够浏览、 查看系统信息。 涉及到系统管理员的 用例图如图2 . 1 所示。 图2 . 1管理员用例 各个用例的活动序列如下: 修改用户密码: 1 .系统判断当 前登 录用户的权限， 如 果有修改的 权限 则进行第2 步， 否则 拒绝。 2 .用户输入要 修改的 用户名和密码。 3 .系统检查用户名是否和密码匹配，两次 要修改的密 码是否一致。 4 . 系统检查通过，密码被修改，否则拒绝。 第二章 z i g b e e 通 用监 控软 件需求分析 5 .记 录日 志。 添加 监控点: 1 . 系统 判断当前登录用户的权限， 如果 有修改的权限则进行第2 步， 否则 拒绝。 2 .系统添加一些字段的默认值。 3 .用户输入监控点编号、 监控点 名称、 监控点地址、 监控项目 、 上限、 下 限、是否报警、报警通知对象、报警号码、地图x和 y坐标。 4 .系统检查 监控点编号、 监控点名称、 监控项目 是否为空， 监控点编号是 否为数字。如果符合条件则进行下一步，否则提示用户修改。 5 . 系统把用户修改的数据存入数据库， 修改成功，刷新数据。否则提示用 户修改失败。 6 .记录日 志。 修改 监控点: 1 . 系统判断当前登录用户的权限， 如果有修改的权限则进行第2步，否则 拒绝。 2 .系统读取监控点的各 个项的 值。 3 用户修改， 提交。 4 .系统检查监控点 编号、 监控点名 称、 监控项目 是否为空， 监 控点编号是 否为数字。 如果符合条 件则进行下一步， 否则提示 用户修改。 5 . 系统把用户修改的数据存入数据库， 修改成功则重新读取数据并显示监 控点。否则提示用户修改失败。 6 . 记录 日志。 删除监控点: 1 .系统判断当前登录用户的权限 ， 如果有修改的权限 则进行第2 步， 否则 拒绝。 2 .系 统向用户确认。 3 .系 统删除监控点，并发出提示信息， 刷新数据。 4 . 记录 日志。 清理数据: 1 .系 统根据当前状态判断是否允许操作， 如果允许则进行下一步， 否则拒 绝。 第二章 z i g b e e 通用监控软件需求分析 2 .如果用户被拒 绝， 用户可以 重启 程序， 再进行清理数据的 操作。 3 .用户选择删除 数据和备份数据 选项。 4 .系统判断选项， 如果 有选项被 选定， 则进行操作，否则直接退出。 5 .操作完成， 系统 刷新 数据。 6 .记录日 志。 除了 上述系统管理员特有的 用例外，系统还包括配置通信参数、 查看监控 点信息、 查看日 志、 查看串口 通信情况等其他用例， 这些用例是操作员和系统 管理员所共有的， 具体如图2 .2 所示。 图2 . 2系统其他用例 图2 . 2 列出的用例的活 动序列如下: 配置通信参数: 1 .系统载入可选串口 通信参数，并且各项回归到当前串口 使用的设置。 第 二 章z i g b e e 通 用 监 控软 件需 求分 析 2 .用户可以 选择恢复默认设置， 也可以 手动修改串口 名称、 速率、 数据位、 奇偶校验、 停止位数据流控制这些 选项。 3 .系统给串口 应用新的 配置， 如 果成功 则把配置数据保存， 失败则 提示用 户。 查看监控点信息: 1 . 用户在当前显示模式双击监控点。 2 .系统判断是否允许修改监控点， 如果 允许则使能修改， 载入当 前监控点 的信息。 3 ，用户查看或修改。 4 . 如果修改，修改后用户提交。 5 . 系统把用户修改的数据保存到数据库， 修改成功则重新读取数据并显示 监控点，否则提示用户修改失败。 查看串口 通信情况: 1 .用户 直接查看当前串口 接收到的数据。 2 .用户 通过 “ 超级终端” 等工具，向系 统发送数据， 通过串口 接收到的 数 据间接检查串口配置情况。 切换视图: 1 .系统判断当前显 示状态，使能显示方式的其他选项。 2 。用户选择列表、 方块图、地图方式之一。 3 . 系统切换视图。 查询监控历史数据: 1 .用户加载可选的 监控点 编号。 2 . 用户选择监控点的编号和起始 日期。 3 .系统加载符合条件的 历史数据。 4 . 如果有数据，系统根据这些数据作曲线图，否则提示用户无数据。 查询数据: 1 .系统清空接收到的监控项目 数据。 2 .用户选择要查询的监控点， 设置监控项目 并确定。 3 . 系统向被选择的监控点发送查询指令。 4 .系统接收数据并处理， 显示到监控项目中。 控制设备: 第二章 z i g b e e 通用监控软件需求分析 1 .系统清空控制项目 的数据。 2 .用户设置控制项目 数据。 3 .系统向 被选择的监控点发送控制指令。 4 .系统接收反馈数据， 提示控制成功失 败。 采集数据: 1 .系统接收监控点的 数据包。 2 .系统判断数据 包类型。 3 .系 统根 据数据 包类型 显示实时数据、报替、存储数据、记录日 志。 存储传感数据: 1 .系统根据监控点编号查询节点数据库， 如果没有该节点，则舍弃。 2 .如果找到该节点，判断数据是否超出 节点的上下限，如果超出 则报替。 3 .系统存储数据到缓冲区中。 4 .系统判断缓冲区是否满， 系统把缓冲区 数据更新到硬盘。 5 .如果系统退出 时， 无论缓冲区 是否满， 系统都把缓冲区数据更新到 硬盘。 报警: 1 .系统设定列 表、 方块图、 地图 上的节点以 及托盘图 标闪 烁间隔和次 数。 2 . 系统闪 烁列 表、 方块图、 地图上的节点以 及托盘图 标 3 .系统 判断是 否闪 烁次 数已 经达到，如果达到，则停止闪 烁。 第二节 系统技术需求分析 本课题涉及到的技术包 括: 2 . 2 . 1 l t ml建模 u m l u n i fi e d m o d e lin g l a n g u a g e , 就 是 所 说的“ 统 一 建 模 语 言” . 面向 对 象 编 程( o o p ) 的 出 现催 生 了 面 向 对 象 分 析 (o o a )和面 向 对 象 设 计 ( o o d ) 技 术 的 出 现。 2 0 世纪7 0 年代在，出 现了 面向 对象建 模语言，到 1 9 9 4 年为 止， 人们推 出 了 数 十 种的 面向 对 象 建 模 语 言 ) . 后 来 这些 方 法 逐 渐融 合 统 一， 比 较流 行 的 有 b o o c h , o o s e 和o mt 方法。 1 9 9 4 年， b o o c h , o o s e和o mt 方法的作者g r a d y b o o c h , i v a r j a c o b o s o n 和 j a m e s r u m b a u g h 一 起合作， 创立了u m l ， 最终于1 9 9 6 第二章 z i g b e e 通用监控软件需求分析 年被o m g采纳， 作为可视化建模工业的标准， 并被迅速推广 和普及 起来， u m l 取得了巨大的成功。 u ml 可以 实现大型复杂系 统各种成分描述的可视化、 说明并构 造系统模型， 以及建立各种所需的 文档，它是一种定义良 好、易于表达、功能强大且普遍适 用的建模语言，具有很强的建模能力， 尤其是在软 件系统建模方面，它为软件 设计和开发人员之间的协作提供了一门 公共的 交流语言，使他们能 够基于共同 的 “ 模型”来理解业务、需 求， 理解软件如何构造。u m l 支持从需求分析开始 的软 件开发的全过程。 u m l 通过三类图形建立系统模型: 用例图、 静态结构图 ( 对象类图、 对象图、 组件图、配置图) 和动态行为图 ( 顺序图、 协同图、状 态图、活动图)，这些图可以从不同的抽象角度实现系统的可视化。 2 . 2 . 2 a d o技术 a d o ( a c t i v e x d a t a o b j e c t ) 是m i c r o s o ft为了 访问 各种异质数据而 提供的 统 一的应用程序层接口 。 访问 数据库可以通 过。 d b c , d a o , r d o , b d e 和a d o 等各种方式。不管是a d o ， 还是o d b c , d a o , r d o和 b d e ,都 是一种万能 访问 数据方式一 -u d a ( u n i v e r s a l d a t a a c c e s s ) ， 它 们的原理是 基本一致的， 都是 通过管理层 a p i 访问 各种各 样的 数据库驱动程序，再由 这些具体的 驱动程序访 问 诸 如a c c e s s , in f o rm ix , d b 2 , m s s q l s e r v e r, m y s g i 等 数 据 库 。 与o d b c , d a o , r d o和b d e 相比， a d o有如下优点: 1 . a d o 基 于c o m ， 和 语言 无关 ， 可 以 在c , c 什、 v b , v b s c rip t 中 调 用 。 2 . a d o不仅可以 访问 关系型 数据库， 也 可以 访问 诸如文本文件、 x m l 等 非关系型数据库。 耗内存少，效率高，网络流量小，因此性能好。 刹编抚巨ai胡 呻呻呻黑 编程简单、 对同 样的 数据访问功能，使用的 语句较少， 提高了程序扩展性、互操作性和维护性。 目 前支持 m s s q l , o r a c l e , m i c ro s o ft s q l s e r v e r , s y b a s e , s y b a s e a n y w h e r e , i n f o r m i x , p o s t g r e s q l , f ro m b a s e , i n t e r b a s e ( f i r e b i r d及 . 门j4、6 版 本 ) ， f o x p ro , a c c e s s , a d o和 。 d b c i9 i e 第二章 z ig b e e 通用监控软件需求分析 2 .2 . 3数据库技术 系统采用了a c c e s s 2 0 0 0和m s s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库管理系 统， 其中 用 户的 演示版本采用a c c e s s 2 0 0 0 数据 库，正 式版使 用 m s s q l s e r v r 2 0 0 0 数 据 库。 a c c e s s 数据库管理系统不仅是一 个数据库， 而且它具有强大的 数据管理功 能，支持二次开发，可以 方便地生成窗体、查询、 报表和应用程序， 但它对大 数据量的支持有限， 速度较慢。m s s q l s e r v e r 2 0 0 0是微软开发的企 业级数 据库，功能强大，它一共有四个版本，分别是个人版、开发版、企业版和标准 版， 本系统采用标准版。 之所以 采用两套数据库系统是因为a c c e s s 2 0 0 0 是轻量 级的桌面数据库系 统， w i n d o w s自 带了a c c e s s 的驱动程序， 省去了安 装ms s q l s e r v e r的麻烦， 适合客户 演示用。而m s s q l s e r v e r是一个基于客户枷服 务器、 可伸缩性强、可靠 性好的关系数据库系统，比 较复杂， 功能也更强大， 最重要的是 它支持 海量数 据的管 理， 此外它还支持x m l 数据、 存储过程、 触发 器、 转 储 备 份、 全 文 检 索 、 分 布 式 查 询 。 采 用m s s q l s e r v e r 数 据 库 系 统 ， 也 方便系统 日 后的扩展。 2 .2 . 4 w c类库 比 较常见的应用程序框架包括微软的mf c ( m i c r o s o ft f o u n d a t i o n c l a s s e s ) , b o r l a n d 的o wl ( o b j e c t w i n d o w l i b r a ry) ， 以 及i b m v i s u a l a g e c + + 的o p e n c l a s s mf c类库是微软于 1 9 8 9 成立的a f x小组开发的， 它是组织性、凝聚性强的一 组类库，使用m f c编制应用 程序， 必须同 时引 进几个必要的类，互相搭配和支 持 110。 m f c类库 彻底 地封装了 w m 3 2软件开发 工具包 ( s d k , s o ft w a r e d e v e l o p m e n t k i t )的结构 和功能， 它具有以 下几个特点: 1 .编程方便， 大大减少了 程序开发人员编写程序的工作量。 2 . 程序的执行速度并没有因为加了层封装而明显变慢，经过良好的设计， 速度可与直 接调用w i n d o w s a p i 抗衡。 3 .节省 程序空间。 4 .可以 方便地使用a c t i v e x控件、 数据库支持、 打印功能、 工具栏、 状态 栏。 5 .与m i c r o s o ft 强大的v i s u a l s t u d i o 开发环境集成，开发效率高. 调试信 息丰富，便于程序测试。 第 二 章z i g b e e 通 用 监 控 软 件 需 求 分 析 2 . 2 . 5 r a t i o n a l 统一过程 近3 0 年来， 软件工程一直在不断发展，已经成 为软件产业的生产方式。由 于软件的复杂性，多年来被人们沿用的手工作坊的软件开发方法，在软件产品 的开发效率和产品质量、成本等方面都无法满足 需求。 “ 软件工程”正是为了 解 决上述问题提出来的，它从工程学的角度实现软件开发的过程控制，保证软件 生产的效率和软件质量。 常见的 软件开发模型有瀑布 模型、喷泉模型、 螺旋模 型、 演 化 模型 、 原 型 模 型 和 迭 代 增 量 模 型 u 1 r a t i o n a l 统一过程( r u p ) 是由r a t i o n a l 软 件公司开发的一种软 件工 程过程， 是开发 组织用以