【《基于Zigbee的建筑环境监测系统的测试分析案例》2600字】

基于Zigbee的建筑环境监测系统的测试分析案例目录TOC\o"1-2"\h\u12348基于Zigbee的建筑环境监测系统的测试分析案例 1228841.1下位机系统测试 1166941.2上位机系统测试 560341.3系统性能测试 8系统的下位机和上位机经过软硬件设计后，需要对各部分的功能进行测试验证是否能实现预期设定的功能。测试设备包括一个协调器节点、两个采集单元终端节点、PC机和Android手机。具体的测试内容包括：下位机软件编译、Zigbee系统自动组网、串口数据输出、PC端上位机功能验证和AndroidAPP功能验证几大部分。整系统测试的测试地点选择具体的建筑环境内，通过运行一定的时间来验证可靠性和稳定性，最后通过布置协调器节点和采集单元终端的距离来完成丢包率测试，获取系统运行的相关特性。1.1下位机系统测试上位机硬件系统包括协调器节点和采集单元终端节点，将各传感器模块按照硬件设计的借口完成电气连接，须确保接线无误。各节点通过5V电源适配器供电。硬件搭建如图1.1所示。图1.1硬件搭建效果图完成硬件连接后需要进行软件程序的烧写，本系统预留有Jtag借口电路，借助SmartRF04EB来完成软件程序的烧写，首先需要下载驱动软件，可在计算机的设备管理器中查看，驱动安装成功的界面如图1.2所示。确保驱动安装成功后，对各节点供电，此时系统工作指示灯常亮。编译环境如图1.3所示，之后分别在IAR中打开协调器软件和两个终端软件Project，在IAR左侧上方的目录栏中选择相应的设备类型：协调器（CoordinatorEB-Pro）、采集单元终端（EndDeviceEB），选择好相应设备类型之后，点击上方工具栏中的“Downloadanddebug”按钮，若程序没有编译错误，会出现如图1.3的界面，表示软件烧写成功，电路板上的LED灯会闪烁几次。在程序下载过程中需要注意，连接上SmartRF04EB仿真器之后，先按下硬件节点的RST键，再按下SmartRF04EB仿真器上的RST键，之后再点击IAR软件中的“Downloadanddebug”按钮。图1.2SmartRF04EB驱动安装成功的界面硬件节点程序烧写完成后，再分别按下协调器和采集单元终端的RST键，此时发现组网指示灯闪烁2-3次之后，变常亮。说明系统已经组网成功。但还无法直接验证传感器模块是否能够正常工作，需要借助串口调试助手来判断串口输出的数据情况。首先对一个协调器+两个终端节点的组网情况进行验证。打开调试助手软件，选择串口，设置波特率为9600，之后打开点击打开串口。为方便调试数据设置为1s，此时发现串口中有连续的数据。串口调试界面如图1.4所示。图1.3IAR编译界面图1.4串口助手调试界面除USB串口之外，还应验证一个协调器+一个终端节点组网情况下，ESP8266模块是否能通过Wi-Fi无线通信将采集终端上传至协调器的数据。ESP8266模块通过AT指令集完成Wi-Fi模块的配置，通过协调器和ESP8266模块的IP地址匹配，建立Zigbee+Wi-Fi无线网关。ESP8266模块配置好后，相当于一个路由节点，Android终端可以在通信范围通过Wi-Fi连接上ESP8266模块。在测试过程中，用Android终端连接上ESP8266模块后，打开网络串口助手软件后，此时发现串口中有连续的数据。网络串口助手调试界面如图1.5所示。图1.5网络调试助手界面测试至此可以证明下位机系统通过软硬件设计能实现与预期设计功能基本上一致，采集单元终端能够采样到各类环境数据，协调器能够实现数据的转发，Zigbee设备能够自动组网，终端节点相互间工作独立，协调器收到下位机的数据后能通过串口模块和ESP8266模块发送出去，可以给下位机作进一步处理。1.2上位机系统测试上位机能实现的功能基本上在界面中都能够体现，故只需要将PC端上位机通过USB线与Zigbee系统的协调器相连接、Android端连接上ESP8266模块之后打开相应的上位机观察数据通信情况，即可完成对上位机功能的测试。1.2.1Labview上位机测试下位机硬件搭建好之后，PC端通过USB线和Zigbee系统连接后，打开Labview软件，选择串口，点击文件存储路径之后选择建立的txt文本文件，后点击上方工具栏的“RUN”按钮。Labview上位机运行界面如图1.6所示。图1.6Labview上位机运行界面由图1.6可以看出，两个采集单元终端节点的传感模块都能检测到预期设计的五类数据，在上位机的光报警功能也能实现：如节点1中的光照强度采集数值为55，此时的光强限值设定为35。则此时节点1的光强报警灯变红。此时节点1中的蜂鸣器也处于开通状态。变化趋势曲线生成图见图1.7。在变化曲线界面中将各数据的Y轴量程尽可能调小，验证系统的灵敏性，如节点1的湿度的湿度变化曲线中，采集值在54%到55%之间多次跳动，可以证明系统的延迟较小，采样数据的变化能被上机位系统及时反应出来。(b)(c)(d)(e)图1.7变化趋势运行效果图除了上述功能能实现之外，还需要验证Labview上位机的存储功能，在系统运行一定时间后，打开建立的txt文本文件，系统能够分系统，按时间存储在目标文件夹中。部分存储数据如图1.8所示。图1.8数据存储效果图1.2.2AndroidAPP测试将AndroidStudio打包好的apk文件在Android终端中运行，在设备管理中添加信任，完成APP的安装。APP的测试硬件环境只需要一个协调器+一个采集终端单元，由于ESP8266模块上未设计RST功能按键，故需要对ESP8266模块进行断电再上电的操作来完成初始化。初始化完成后手机可通过连接ESP8266模块的Wi-Fi热点建立通信，此时打开安装好的APP可见效果图如图1.9所示。图1.9AndroidAPP运行效果图由图1.9可以看出，在环境数据采集APP中，能够获取Zigbee系统上传的数据，且能够实现APP的界面报警。如图1.9中，湿度的采样值为30，低阈值设置为45，不在阈值范围内，此时湿度采样值的背景标红。CO2浓度同样也不在阈值范围内。由于声报警已经在PC端上位机进行了设计，两套报警程序可能会导致程序的崩溃，故在Android端未设计声报警。通过下位机和上位机系统的联合调试发现，整个系统基本上可以实现预期的功能，各模块都能在常态下稳定运行。1.3系统性能测试本系统的性能测试主要有传输距离测试和数据丢失率，通过设定采集单元终端节点与协调器的不同距离，结合系统设置的采样周期，计算理论采集数据数量和实际采集数据数量的比例来计算丢失率。该项测试在一个餐厅里，餐厅里人员流动量较大，各种无线信号交叉，这些因素都可能会对测试结果产生一定的影响。为提高测试效率，系统采样时间设为5秒，每分钟的获取的数据量理论值为12组，在不同的距离下使系统运行5分钟，理论获取的数据量为60组。通过实地测试得到的数据如表1.1所示表1.1性能测试数据(a)设定距离/米理论数据量/组测试数据量/组数据丢失率/%1606005606001060600156060020604721.72560591.7通过对比以上数据可以发现，系统在15米之后开始出现信号的不稳定，为更精确的获取通信性能，在相同的条件下，距离设置为17，19，21，23，25米处进行测试，得到如表1.2所示的结果。表1.2性能测试数据(b)设定距离/米理论