WSN技术的智能仓储环境监测与智能控制系统设计与实现.doc

项目十 基于WSN技术的智能仓储环境监测与智能控制系统设计与实现一、教学目标1、 掌握WSN网关通信的相关应用。2、 掌握WSN实现了信息的采集、信息传输和信息处理模式。3、 掌握WSN实现仓储环境监控智能化技术方法。二、教学内容10.1设备简介10.1.1 WSN网关图10-1 WSN网关图 供电电源：DC5V，信号获取接口：USB，上位机通信接口：以太网口，操作系统：Linux。网关通过USB与协调器连接，并通过协调器与各Zigbee节点进行信号通讯。10.1.2协调器图10-2 协调器图供电方式：USB供电。该设备为网关与各传感器节点的中继，负责转发Zigbee信号。10.1.3温湿度传感器模块图10-3 温湿度传感模块图供电方式：DC5V，通讯协议：Zigbee。集成模块：温湿度传感器。该节点可采集温湿度数据，并通过Zigbee协议传输到网关，上位机通过访问网关获取温湿度数据。10.1.4电磁继电器模块图10-4电磁继电器模块图供电方式：DC5V，继电器控制路数：4路，与网关通信协议：Zigbee。该继电器可控制四路电源，在京胜世纪的实验台中，控制了两路灯光、一路风扇和一路电磁门。10.2类的设计与实现在本部分实训中我们要用到数据库来存储当前各个节点的信息，以面向对象的思想为例,我们需要先编写几对数据库操作的基础类和将节点信息保存的对象类。10.2.1 DBConnection.cs类这个类文件是要对数据库进行连接操作，登录到本地的数据库。引用命名空间。该命名空间是SQL Server.NET数据提供者,是SQL Server专用的内置.NET提供者，引用该命名空间后就可以获得最好的性能和对基础功能的最直接访问。using System.Data.SqlClient; 添加变量 private string str; private SqlCommand sqlcom; private SqlConnection conn;在构造函数中写入连接数据库方法/ / 连接数据库的方法 / public DBConnection() /定义了要连接的数据库的位置，数据库的名称，登录帐号和密码 this.str = Server=localhost;DataBase=SmartShelfD;uid=sa;pwd=123; this.conn = new SqlConnection(str); this.sqlcom = new SqlCommand(); this.sqlcom.Connection = this.conn; this.conn.Open(); 上边定义了两个全局变量，分变是字符型str，变量量为数据库连接字符串内容：Server表示正在访问的数据库服务器名称，其格式是“计算机名实例名”，如果是本地的数据库服务器并且使用的是SQL Server的默认实例名，则可以使用（Local）或.来表示。DataBase表示数据库名称，即该项目所要连接的数据库名；Uid表示数据库服务器的登录名称；Pwd表示数据库服务器的密码。返回数据连接方法/ / 返回数据连接方法 / / public SqlConnection GetConnection() return this.conn; 10.2.2 DBOperate.cs类该类的作用是对程序中的要用到的对数据库的操作进行统一，涉及到对数据库的操作时，如对数据库的增删改操作，都可以直接调用该类，相应的方法。传入相应的参数即可。添加引用using System.Data.SqlClient;using System.Data;定义变量SqlCommand sqlcom;SqlConnection conn;默认构造方法 / / 构造函数 / / public DBOperate(DBConnection dbc) sqlcom = new SqlCommand(); sqlcom.Connection = dbc.GetConnection(); 编写执行方法/ / 执行sql语句 / / public void ExecuteSQL(string sql) this.sqlcom.CommandText = sql; try this.sqlcom.ExecuteNonQuery(); catch / / 获取数据表格的方法 / / / sql语句 public DataTable GetDataTable(string sql) this.sqlcom.CommandText = sql; SqlDataAdapter sda = new SqlDataAdapter(this.sqlcom); DataSet ds = new DataSet(); DataTable dt = new DataTable(); try sda.Fill(ds); dt = ds.Tables0; catch return dt; / / 执行SQL语句，获取string类型数据 / / SQL语句 / 获取到的string类型数据 public string GetString(string sql) string resultStr = ; this.sqlcom.CommandText = sql; try resultStr = this.sqlcom.ExecuteScalar().ToString(); catch (SqlException e) finally this.sqlcom.Dispose(); return resultStr; public int GetInt(string sql) int resultInt = 0; this.sqlcom.CommandText = sql; try resultInt = Convert.ToInt32(this.sqlcom.ExecuteScalar().ToString(); catch (SqlException e) System.Windows.Forms.MessageBox.Show(e.Message); finally this.sqlcom.Dispose(); return resultInt; 本资源是基于SQL Server开发的，所以可以使用using指令可以引用SQL Server 专用的.NET数据库提供者：using System.Data.SqlClient;提取数据库中数据的4步：1) 连接数据源2) 打开连接3) 发出一个SQL查询命令4) 执行命令语句SqlConnection是一个用于SQL .NET数据提供者的连接对象名称，表示 SQL Server 数据库的一个打开的连接。SqlConnection 对象表示与 SQL Server 数据源的一个唯一的会话。对于客户端/服务器数据库系统，它等效于到服务器的网络连接。SqlConnection 与 SqlDataAdapter 和 SqlCommand 一起使用，可以在连接 Microsoft SQL Server 数据库时提高性能。Server=localhost;DataBase=AccessControl;uid=sa;pwd=123Server=localost,表示正在访问的SQL Server名称，其格式是“计算机名实例名”。计算机名（localhost）是一个非常方便的SQL Server简短名称，它表示运行在当前机器上的服务器实例。DataBase=AccessControl，指定数据库的名称。uid=sa;pwd=123，表示登录数据库的用户名和密码，这是SQL Server和Windows的标准内置安全。this.conn.Open();打开数据库的连接。CommandText属性获取或设置要对数据源执行的 SQL 语句或存储过程。ExecuteNonQuery ()方法，对连接执行 SQL 语句并返回受影响的行数。SqlDataAdapter 类表示用于填充 DataSet 和更新 SQL Server 数据库的一组数据命令和一个数据库连接。SqlDataAdapter 是 DataSet 和 SQL Server 之间的桥接器，用于检索和保存数据。DataSet 是 ADO.NET 结构的主要组件，它是从数据源中检索到的数据在内存中的缓存。DataSet 由一组 DataTable 对象组成。try-catch 语句由一个 try 块后跟一个或多个 catch 子句构成，这些子句指定不同的异常处理程序。try 块包含可能导致异常的保护代码。该块一直执行到引发异常或成功完成为止。例如，下列强制转换 null 对象的尝试引发 NullReferenceException 异常：object o2 = null;try int i2 = (int)o2; /错误10.2.3 ObjCargoNode.cs类该类是对节点信息与数据库中的进行操作进行的修改。节点加入网络后，段地址会存储到数据库中。对当前节点的识别也需要读取数据库中已输入的节点信息。添加命名空间using System.Data;定义变量private int cargo; private string iEEEAddress; private string shortAddress; private int nodeType;构造函数 public ObjCargoNode() public ObjCargoNode(int cargo) this.cargo = cargo; DataTable dtb = Program.dbo.GetDataTable(string.Format(select Cargo,IEEEAddress,ShortAddress,NodeType from CargoNode where Cargo=0 , this.cargo); DataRow row = dtb.Rows0; this.cargo = Convert.ToInt32(rowCargo.ToString(); this.iEEEAddress = rowIEEEAddress.ToString(); this.shortAddress = rowShortAddress.ToString(); this.nodeType = Convert.ToInt32(rowNodeType.ToString(); 属性public int Cargo get return this.cargo; public string IEEEAddress get return this.iEEEAddress; public string ShortAddress get return this.shortAddress; set this.shortAddress = value; public int NodeType get return this.nodeType; 方法public void Insert() Program.dbo.ExecuteSQL(string.Format(update CargoNode set ShortAddress=0 where IEEEAddress=1, this.shortAddress, this.iEEEAddress); 10.3功能设计与实现该部分实训内容主要是通过程序和wsn的网关进行通信，这里我们需要学习关于wsn网关通信的相关应用。该模块程序中的代码，在后面会分解出来应用。向窗体中添加一个TabControl控件，在TabPages属性添加6个成员。控件Name属性Text属性UseVisualStyleBackColor属性TabPagetpConnect建立连接TrueTabPagetpPingPing指令TrueTabPagetpConfigReadConfig_Read指令TrueTabPagetpConfigWriteConfig_Write指令TrueTabPagetpSensorReadSensor_Read指令TrueTabPagetpSensorWriteSensor_Write指令True10.3.1创建建立连接1、建立连接TabPage窗体属性，窗体如图10-5所示。 图10-5 Zigbee节点连接实验图向窗体添加1个SplitContainer控件，2个GroudBox控件，8个Label控件，9个TextBox控件，4个Button控件。更改窗体和控件属性：2、设置窗体属性窗体StartPosition属性MaximizeBox属性MinimizeBox属性FormBorderStyle属性Text属性frmGoodsOutCenterParentFalseFalseFixedSingleZigbee节点连接实验3、设置Lable控件属性控件Name属性Text属性T1通道SocketLablelblIPAddressT1IP地址LablelblPortT1端口号LablelblAppIDT1AppIDLablelblPasswordT1PasswordT2通道SocketLablelblIPAddressT2IP地址LablelblPortT2端口号LablelblAppIDT2AppIDLablelblPasswordT2Password4、设置TextBox属性控件Name属性Text属性TextBoxtxtIPAddressT130TextBoxtxtPortT14000TextBoxtxtAppIDT11001TextBoxtxtPasswordT1KingvczigvineTextBoxtxtIPAddressT230TextBoxtxtPortT24000TextBoxtxtAppIDT21001TextBoxtxtPasswordT2Kingvczigvine5、设置显示信息内容的TextBox属性控件Name属性Dock属性Multiline属性ReadOnle属性ScorllBars属性TextBoxtxtMessageConnectFillTrueTrueVertical6、设置GroupBox控件属性控件Name属性Text属性GroupBoxgbSocket_T1T1通道SocketGroupBoxgbSocket_T2T2通道Socket7、设置Button按钮事件控件Name属性Text属性UseVisualStyleBackColor属性ButtonbtnConnectSocketT1SocketT1连接TrueButtonbtnConnectT1T1通道连接TrueButtonbtnConnectSocketT2SocketT2连接TrueButtonbtnConnectT2T2通道连接True8、窗体后台代码：1) 定义变量 /定义一个函数结构的委托 private delegate void ShowMessageDel(TextBox txt, string msg); private delegate void ShowMessageDelOfTempLabel(Label lbl, string value); /实例化T1数据包消息类 private GRIP_Message messageT1 = new GRIP_Message(); /实例化T2数据包消息类 private GRIP_Message messageT2 = new GRIP_Message(); /定义T1Socket通讯接口 private Socket socketT1; /定义T2Socket通讯接口 private Socket socketT2; /定义T1通道流水号 private UInt16 sequenceIDT1; /定义T2通道流水号 private UInt16 sequenceIDT2; private int time; /定义一个线程 private Thread thread; /sessionID为连接后网关随机分配的一个标识ID private string sessionID = ;2) 构造函数/ / 构造函数 / public frmZigBee() InitializeComponent(); 3) 编写方法Socket发送消息方法 / / Socket发送消息方法 / / 要发送的字节数组 / Socket实例 / 已发送的长度 private void SendMsg(byte msgSend, Socket socket, int lenSend) /需对发送的字节长度有明确认识，发送一段字节后需要加上该段字节的长度 while (lenSend msgSend.Length) lenSend += socket.Send(msgSend, lenSend, msgSend.Length - lenSend, SocketFlags.None); Socket接收信息的方法 / / Socket接收消息方法 / / 要接收的字节数组 / Socket实例 / 已接收的长度 private void RecvMsg(byte msgRecv, Socket socket, int lenRecv) while (lenRecv msgRecv.Length) lenRecv += socket.Receive(msgRecv, lenRecv, msgRecv.Length - lenRecv, SocketFlags.None); 在控件中显示信息的方法/ / 在控件中显示消息的方法 / / / private void ShowMessage(TextBox txt, string msg) if (txt.InvokeRequired) ShowMessageDel smd = new ShowMessageDel(ShowMessage); txt.Invoke(smd, txt, msg); else txt.Text += rn【 + DateTime.Now.ToString(yyyy-MM-dd hh-mm-ss) + 】 + msg; 在Label控件中显示消息的方法 / / 在Label控件中显示消息的方法 / / 控件名称 / 要显示的值 private void ShowTempValue(Label lbl, string value) if (lbl.InvokeRequired) ShowMessageDelOfTempLabel smd = new ShowMessageDelOfTempLabel(ShowTempValue); lbl.Invoke(smd, lbl, value); else lbl.Text = value; 线程方法/ / T2通道线程执行方法 / private void Run() try while (true) #region 解析消息头 /定义一个byte类型的6位数组 byte msgRecvHeadBytes = new byte6; /接收到的消息头的长度 int lenRecv = 0; /Socket接收消息的方法 RecvMsg(msgRecvHeadBytes, this.socketT2, lenRecv); /实例化一个消息头类 GRIP_MessageHead msgHeadRecv = new GRIP_MessageHead(); /对接收到的消息头进行转换 msgHeadRecv.GetHeadBytesOfRecive(msgRecvHeadBytes, 0, 6); #endregion #region 心跳包 if (msgHeadRecv.MessageCommand = (UInt16)GRIP_Message_CommandID.NWM_HEARTBEAT) try /消息的长度为16位无符号整数 UInt16 messageLength = 0; /心跳报消息体信息为空 UInt16 messageCommand = (UInt16)GRIP_Message_CommandID.NWM_HEARTBEAT_RESP; /获取获取流水号 UInt16 sequenceID = msgHeadRecv.SequenceID; /实例化一个消息头类 GRIP_MessageHead msgHeadSend = new GRIP_MessageHead(messageLength, messageCommand, sequenceID); /按照本地字节转换发送的信息 byte msgSend = msgHeadSend.GetHeadBytesOfSend(); /发送信息方法 SendMsg(msgSend, this.socketT2, 0); /MessageBox.Show(【T2通道心跳包】发送成功); catch (Exception ex) MessageBox.Show(【T2通道心跳包】错误：+ ex.Message); #endregion #region Status_Report /判断消息头返回命令字是否正确 if (msgHeadRecv.MessageCommand = (UInt16)GRIP_Message_CommandID.NWM_STATUS_REPORT) try /定义一个消息头字节长度的byte数组 byte msgBodyRecvBytes = new bytemsgHeadRecv.MessageLength; /定义消息体长度变量 int lenBodyRecv = 0; /Socket接收信息方法接收信息 RecvMsg(msgBodyRecvBytes, this.socketT2, lenBodyRecv); /实例化节点报告命令 GRIP_MessageBody_Status_Report msgBodyRecv = new GRIP_MessageBody_Status_Report(); /按照本地字节和网络字节的顺序转换接收到的消息体 msgBodyRecv.ConvertReciveBytes(msgBodyRecvBytes); UInt16 status = 0; /实例化节点报告命令响应 GRIP_MessageBody_Status_Report_Resp msgBodySend = new GRIP_MessageBody_Status_Report_Resp(status); /实例化消息头类，并将响应参数传入 GRIP_MessageHead msgHeadSend = new GRIP_MessageHead(msgBodySend.BodyLength, (UInt16)GRIP_Message_CommandID.NWM_STATUS_REPORT_RESP, msgHeadRecv.SequenceID); /获取发送的数据包的byte数组 byte msgSend = this.messageT2.GetSendMessage(msgHeadSend, msgBodySend); int lenSend = 0; /发送消息 SendMsg(msgSend, this.socketT2, lenSend); if (this.sessionID = msgBodyRecv.SessionID) this.ShowMessage(this.txtMessagePing, rn); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】指令成功); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】IEEEAddress： + msgBodyRecv.Node.IEEEAddress); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】ShortAddress： + msgBodyRecv.Node.ShortAddress.ToString(X4); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【?Status_Report】Cause： + msgBodyRecv.Cause); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】SessionID： + msgBodyRecv.SessionID); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】DeviceName： + msgBodyRecv.DeviceName); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】DeviceType： + msgBodyRecv.DeviceType); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】Status： + msgBodyRecv.Status); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】PanID： + msgBodyRecv.PanID + - + msgBodyRecv.PanID.ToString(X4); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】ParentIEEEAddress： + msgBodyRecv.ParentNode.IEEEAddress); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】ParentShortAddress： + msgBodyRecv.ParentNode.ShortAddress.ToString(X4); this.ShowMessage(this.txtMessagePing, 【Status_Report】SensorEnable： + msgBodyRecv.SensorEnable); this.ShowMessage(this.txtMessagePing,