物联网感知与通信综合实训.doc

课程设计说明书课程名称： 物联网感知与通信综合实训 课程设计题目： 婴幼儿看护管理系统 专 业： 物联网工程 班 级： 5班 姓 名： 张三 学 号： 215468563 山 东 科 技 大 学2016年 2 月 22 日指导教师评语成绩： 指导教师（签章）：年月日目 录1需求分析说明211背景212术语213功能314模块简介32概要设计说明52.1模块调用图52.2 系统编码使用的类53详细设计说明71 图形主界面72 串口模块73 温湿度光照模块84 电机模块85 振动模块86 PWM光照模块94调试分析104.1 硬件准备104.2 软件准备104.3 实验结果分析105课程设计总结121需求分析说明11背景21世纪是信息时代，各种新技术推动了人类文明的进步。 正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。随着社会的发展，父母越来越重视孩子在婴幼儿时期的成长发育，在照看婴儿方面需要投入更多的时间和经历，在现代社会快节奏的生活工作压力下往往会感到力不从心。而现在生活中存在着再多的不可预见因素影响着婴幼儿的健康成长，孩子的体型在发育阶段，70%的时间都是在床上度过的。为了减轻父母在育儿时期的负担，同时提高育儿质量，针对普通育儿床存在的功能单一、性能简单、几乎不具备只能监测及控制功能。因此设计了一块运用于智能婴儿车的的智能婴儿看护系统，适合家长不在身边时对婴儿实行智能看护的功能，给婴儿提供一个更加舒适安全的环境。12术语 物联网：即The Internet of things。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一：物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；其二：其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。 传感器：一种监测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定的规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 Zigbee技术：ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。13功能本系统为智能婴幼儿看护管理系统。主要有控制电机的前转、后转和保持状态，来控制遮光系统的开关的状态维持。有监测温度、湿度和光照的模块，来控制遮光系统的开关的状态维持。以及监测震动的震动模块来监测婴儿是否醒来以及触碰到了管理系统设置的触碰块，在管理系统中显示出婴儿此时的状态。数据库模块用来存储检测到的各项数据，以便用来对婴幼儿的生活状态的统计。以下是各功能模块的具体功能描述：1.打开串口2.关闭串口3.打开遮光系统4.关闭遮光系统5.显示光温湿数据6.灯光控制（分为熄灭，1级，2级，3级，4级，5级）7.显示振动模块状态8.数据库管理模块14模块简介1.4.1串口模块 串口模块是所有模块的核心。主要功能是联系各个传感器，组网，将其联通并协调各个模块工作。 1.4.2遮光系统模块 用来模拟一些电器或者电动窗帘的电机，在光照需要改变的时候可以调用电机来操作。 1.4.3PWM灯光模块 灯光模块用来实现柔和光照的补强，在检测到的光照需要柔和日光进行补充的时候，可以分级调节灯光照明。 1.4.4温湿度光照模块 监测婴儿存在的环境中的温度、湿度、光照等物理量的数值在图形界面中显示，以便家长观察记录数据。 1.4.5shake振动系统 本模块固定在婴儿车中选定好的位置，在婴儿睡醒或者爬动触碰到该模块时在图形界面中显示出感受到的振动信息，以便家长及时的做出反应。 1.4.6图形界面子模块 图形界面子模块的主要功能是显示图形界面，以便用户通过按钮来控制开关。2概要设计说明2.1模块调用图模块调用图如图1所示。图形模块串口模块电机模块遮光模块PWM灯光模块振动模块图1 模块调用图2.2 系统编码使用的类3详细设计说明1 图形主界面MainWindow:MainWindow(QWidget *parent) : QMainWindow(parent), ui(new Ui:MainWindow) ui-setupUi(this); ui-btn_close_serial-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN); ui-btn_motor_stop-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN); ui-btn_pwm_close-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN); ui-lcd_humi-setNumDigits(8); ui-lcd_humi-setPalette(Qt:black); ui-lcd_temp-setNumDigits(8); ui-lcd_temp-setPalette(Qt:black); ui-lcd_lig-setNumDigits(8); ui-lcd_lig-setPalette(Qt:black); ui-text_log-setReadOnly(true); ui-horizontalSlider_pwm-setRange(1, 9); ui-horizontalSlider_pwm-setTickPosition(QSlider:TicksRight); ui-horizontalSlider_pwm-setPageStep(1); pe_black.setColor(QPalette:WindowText,Qt:black);2 串口模块void MainWindow:on_btn_open_serial_clicked() ui-btn_open_serial-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN); ui-btn_close_serial-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_BLACK); if(serial_server-openCom() emit addLog(open serial port success); else emit addLog(open serial port failed);void MainWindow:on_btn_close_serial_clicked() ui-btn_close_serial-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN); ui-btn_open_serial-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_BLACK); if(serial_server-closeCom() emit addLog(close serial port success); else emit addLog(close serial port failed);3 温湿度光照模块void MainWindow:updateTempHumiLig() ui-lcd_temp-display(temp_humi_light-getTemperature(); ui-lcd_humi-display(temp_humi_light-getHumidity(); ui-lcd_lig-display(QString:number(temp_humi_light-getLight(), f, 1); if(temp_humi_light-getLight()=700) on_btn_pwm_close_clicked(); on_btn_motor_b_clicked(); sleep(3); on_btn_motor_stop_clicked(); if(temp_humi_light-getLight()btn_motor_f-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_GREEN); ui-btn_motor_b-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_BLACK); ui-btn_motor_stop-setStyleSheet(BACKGROUND_COLOR_BLACK); motor-setState(1); emit addLog(QString:number(serial_server-writeToSerial(Motor:MSG_MOTOR_FORE);5 振动模块else if(msg3 = 0x03 & msg4 = 0x01) if(msg5 = 0x01) shake-setState(1); ui-label_shake-setPalette(pe_red); ui-label_shake-setText(shake); else if(msg5 = 0x00) shake-setState(0); ui-label_shake-setPalette(pe_black); ui-label_shake-setText(no shake); 6 PWM光照模块void MainWindow:onPwmValueChange(int value) pwm-setRange(value); if(pwm-getState()/如果是打开的，发送消息改变值 unsigned char range = Pwm:RANGEvalue; Pwm:MSG_PWM4 = range; Pwm:MSG_PWM5 = 0x50 + range; serial_server-writeToSerial(Pwm:MSG_PWM); 4调试分析4.1 硬件准备 将程序全部烧到对应的传感器后，用串口调试助手进行监测，代码烧的是否正确，以及传感器是否能够使用。如下图所示：40100106AA表示电机传感器可以正常使用；40100109AA表示PWM调光传感器可以正常使用；40100103AA表示振动传感器可以正常使用；40100107AA表示触摸传感器可以正常使用。4.2 软件准备 为了实现对电机和PWM调光传感器的控制，我们需要向串口中发送命令：“400601060a57”是电机正转指令，“400601060c59”是电机停止指令;“400601090959”是开灯指令，“400601090050”是关灯指令；（使用不同的指令可实现调整灯的亮度问题） 若串口返回“40070107010151”表示有触摸，在此系统中则表明用户的贵重物品有被盗的可能，若串口返回“40070107010050”表示无触摸，则表示物品安全。4.3 实验结果分析 分析：可实现智能自动操作。当光照到达一定强度时，电机正转，即打开窗帘等遮光系统，关闭PWM灯来减弱光照。当光照弱于一定强度时，电机反转，打开窗户，把光照提高。同时打开PWM灯来增强光照。当婴儿触碰到震动模块时，在程序中会有所显示。以提醒父母来照看孩子。5课程设计总结通过这次物联网感知综合实训设计，使我对软件的界面设计有了一个比较深刻的了解，对各种内部排序方法的性能有了清晰的认识，使我感觉到到，一个优秀的软件，不仅仅是可以运行的，更应该具有人性化的界面，协调的布局，合理的结构，良好的性能和一定的容错性。一个人要完成所有的工作是非常困难和耗时的。在以后的学习中我会更加注意各个方面的能力的协调发展，选择一两门技术进行深入研究，成为一个既可以统筹全局，又有一定技术专长的优秀的程序开发人员。课程设计是培训学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实际问题的重要教学环节，是对所学知识的复习和巩固。同样，也促使了同学们的相互探讨，相互学习。因此，我们必须认真、谨慎、踏实、一步一步的完成设计。自己独立的完成一个项目，我相信无论是谁看到自己做出的成果时心里一定会很兴奋。此次设计让我明白了一个很深刻的道理：团队精神固然很重要，但人往往还是要靠自己的努力，自己亲身去经历，这样自己的心里才会踏实，学到的东西才会更多。课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。 第一次全心全意的一个软硬件结合的课程设计，前期遇到了不少的麻烦与坎坷。譬如：传感器模块烧不进去程序，有一些是传感器模块本身出现了问题，但自己并没有及时发现。浪费了不少时间。电脑缺少必要的插件，以及重新配置环境等等问题。前期准备工作就绪后，主要