无线温度传输系统设计

物联网应用系统设计

----无线温度传输系统设计

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业

报

告

目录

1 系统总体方案 (3)

1.1 系统需求分析 (3)

1.2 系统总体方案设计 (3)

2 系统硬件设计 (4)

2.1 终端节点硬件设计 (4)

2.2 协调器节点硬件设计 (4)

3 系统软件设计 (5)

3.1 通信协议设计 (5)

3.2 协调器节点软件流程 (5)

3.3 终端节点软件流程 (5)

3.4 上位机软件设计 (6)

4 部分代码 (6)

4.1通讯协议代码 (6)

4.2终端温湿度获取的代码 (6)

4.3协调器串口发送的代码 (7)

4.4上位机软件 (7)

4.4.1用户登录界面 (7)

4.4.2用户监控界面 (9)

5 系统测试 (13)

1 系统总体方案

1.1 系统需求分析

无线传感器网络是现在较热门的研究领域，其作为一个将数据采集、数据传输以及数据处理集成于一体的智能化系统，具有非常广阔的应用前景。传感器的无线数据传输可使用的技术包括Bluetooth 、WIFI 、Zigbee 、GPRS 等方式 ZigBee 协议的优势在于自组网能力，最多支持 65000 个设备组网； ZigBee 协议安全性很高，主要用于近距离无线连接。传感器节点能够采集和处理传感器的数据，并且通过ZigBee 无线传输到汇聚节点，最后由汇聚节点发送到监控中心（PC 机）。

1.2系统总体方案设计

选用功耗较小的CC2530芯片作为通信芯片来设计节点，基于ZigBee 协议栈设计了终端节点、协调器节点，并采用低功耗的传感器，以采集室内的温湿度、光照度数据为对象，终端利用无线收发模块将采集的数据发送出去，协调器接收到消息并利用串口与PC 机通信，在PC 机的用户界面进行实时显示。整个用户管理软件分为前台页面和后台管理两大模块，前台页面主要实现了用户可视化管理，方便用户随时查看、统计数据。采用Acess 2003数据库服务器保存系统数据，实现数据的定义、维护、访问、更新及管理，利用https://www.wendangku.net/doc/5f8993891.html, 技术将数据存储到数据库中。无线温度传输系统设计的整体思路如下图1-1所示：

传感器节点 汇聚节点 用户界面

图1-1无线温度传输系统设计的整体思路

2 系统硬件设计

本实验使用的是CC2530芯片， CC2530 具有一个IEEE 802.15.4 兼容无线收发器。RF 内核控制模拟无线模块。另外，它提供了MCU 和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。

2.1 终端节点硬件设计

DS18B20是常用的数字温度传感器，采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线，可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，抗干扰能力强。终端节点主要涉及CC2530的LED模块、DS18B20传感器。其硬件原理图如图2-1-1、2-1-2所示：

图2-1-1 CC2530的LED模块图 2-1-2 温湿度传感器

2.2 协调器节点硬件设计

MUC和PC机通信都是通过串口来进行，CC2530有两个USB转串口，分别是USART0和USART1。USART0和USART1是串行通信接口，它们能够分别运行于异步UART模式或者同步SPI模式。USB转串口电路如图2-2-1所示：

图2-2-1 USB转串口电路

3系统软件设计

3.1 通信协议设计

终端节点传感器将获取的温度存在cmd[8] 、cmd[9] ，将获取的温度存在cmd[10] 、cmd[11] 将cmd数据包发送协调器，用串口发送给PC 机端。

说明：

SOF：固定为0xEE 0xCC，标志一帧的开始

Sensor type：温湿度传感器0x0A

Sensor index：固定为0x01

Cmd id：固定为0x01

Data：为6Byte传感器数据域

Exten Data：为2Byte扩展数据域

END：固定为0xFF，标志一帧的结束

3.2 协调器节点软件流程

系统软件数据接收端和串口发送程序组成，其包括初始化程序处理、接收点播消息程序、异常处理函

图3.3.1协调器软件流程图

3.3 终端节点软件流程

系统软件由数据采集和数据接收端程序组成，包括初始化程序处理、获取温湿度、光照度函数，发送点播消息程序。如下图3.3.2所示：

图3.3.2 终端软件流程图

3.4 上位机软件设计

经过CC2530芯片处理无线传输到协调器节点，将数据解析显示在用户界面上。建立实现数据的维护、访问、更新及管理，将用户界面的数据存储到数据库中。图3.3.3上位机软件软件流程图所示：

图3.3.3 上位机软件软件流程图

4部分代码

4.1通讯协议代码

void Protocol()

{ cmd[0] = 0xEE; cmd[1] = 0xCC; cmd[2] = sensor_type;cmd[3] = sensor_index;

cmd[4] = cmd_id;cmd[5] = 0x00; cmd[6] = 0x00;cmd[7] = 0x00;

cmd[8] = 0x00; cmd[9] = 0x00; cmd[10] = 0x00;cmd[11] = 0x00;

cmd[12] = 0x00; cmd[13] = 0xff;//结束标志位

}

4.2终端温湿度获取的代码

h_i = dht11_read_byte();h_f = dht11_read_byte(); //湿度整、小数部分；

t_i = dht11_read_byte();t_f = dht11_read_byte(); //温度小数部分；

check_sum = dht11_read_byte(); //校验和；

if(check_sm == ( h_i + h_f + t_i + t_f ) || (h_i != 100 && t_i != 100) )

{ if(flag == DHT11_STRING) {temp[0] = (t_i>>8)&0xff; temp[1] = t_i&0xff;

humi[0] = (h_i>>8)&0xff; humi[1] = h_i&0xff;}

else {*temp = t_i; *humi = h_i; } }

if ( events & DHT11)//用户事件

{ r_val = dht11_value(wendu , shidu , DHT11_STRING); //获取温湿度

Protocol();

if(r_val == 0) { sensor_type=0x0A; cmd[7]=wendu[0]; cmd[8]=wendu[1]; cmd[9]=shidu[0];

cmd[10]=shidu[1]; HalLedBlink( HAL_LED_2, 4, 50, 500 );

SampleApp_SendPeriodicMessage( ); cmd[7] = 0x00;cmd[8] = 0x00;

cmd[9] = 0x00; cmd[10] = 0x00; }

osal_start_timerEx( task_id , DHT11 , 100000 ); //10s；

return (events ^ DHT11); }

4.3协调器串口发送的代码

void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt )

{ uint16 flashTime;

switch ( pkt->clusterId ) {

case SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID: //接收广播消息

HalLedBlink( HAL_LED_1, 4, 50,1000 ); HalUARTWrite(0 ,pkt->cmd.Data ,14 ); break；}} 4.4上位机软件

启动VC++6．0，创建一个基于对话框的MFC应用程序项目，选择Project菜单下Add to Project子菜单中的Components and Controls选项，在弹出的对话框中双击Registered ActiveX Controls项，则所有注册过的ActiveX控件出现在列表框中。

4.4.1用户登录界面

将控件列表框内的编辑框、静态文本、图像、按钮等控件添加到基本框内，如图4.1.1所示。

图4.4.1 用户登录界面

采用Acess 2003数据库保存用户注册信息，实现数据的定义、维护、访问、更新及管理。新建表、用户注册信息如表4.4.2所示、表4.4.3所示：

表4.4.2 新建表的字段名称及数据类型

表4.4.3 用户注册的信息

打开MFC ClassWizard对话框，单击Member Valuable为相应控件添加变量。添加变量名和类型如下表4.4.4所示：

表4.4.4 添加相应控件变量

数据库客户端编程主要使用https://www.wendangku.net/doc/5f8993891.html,方法, ADO编程的一般步骤：创建一个Connection对象打开数据源，建立同数据源的连接,执行一个SQL命令,使用结果集,终止连接。

导入ADO动态链接库 #import "c:\\Program Files\\Common Files\\System\\ADO\\msado15.dll" no_namespace rename("EOF","adoEOF")

在基于MFC的应用里，在应用类的InitInstance成员函数中初始化OLE/COM库环境，直接使用AfxOleInit，在退出应用时，该函数自动负责COM资源的释放。

try{m_pConnection->Open("Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;

Data Source=Fire_alarm.mdb","","",adModeUnknown); }

catch(_com_error e) { AfxMessageBox(e.Description() + _T("\n数据库连接失败")); } 使用Recordset对象操作数据库，录集提供了更多的控制功能。点击确定按钮进行登录与数据库中的用户信息进行对比。

CString sql;

sql.Format("SELECT * FROM Fire_alarm1 where UserID='%s' and UserPassword='%s'",m_UserID,m_Password);

try{//查询数据库，看是否有此用户和密码

m_pRecordset.CreateInstance("ADODB.Recordset");

m_pRecordset->Open((_variant_t)sql,_variant_t((IDispatch*)theApp.m_pConnection,true),adOpen

Static,adLockOptimistic,adCmdText);if(m_pRecordset->adoEOF){

AfxMessageBox("用户名或密码错误！");GetDlgItem(Edit1)->SetWindowText(NULL);

GetDlgItem(Edit1)->SetFocus();//聚焦 }

4.4.2用户监控界面

创建用户监控界面，MFC为列表视图控件的操作提供了CListCtrl类, 列表视图控件的创建,将下位机传的数据显示在接收缓冲区编辑框内，将通信协议解析，放在相应的列表控件中以十进制进行显示，并将数据存到数据库中，如表4.4.5所示。

表4.4.5 实时采集的温湿度数据

CString sql;

sql.Format("SELECT * FROM MonitorInfo");

m_pRecordset.CreateInstance(__uuidof(Recordset)); //创建实例

HRESULT hr=m_pRecordset->Open(sql.GetBuffer(0), _variant_t((IDispatch*)theApp.m_pConnection, true), adOpenDynamic, adLockPessimistic, adCmdText);

选择Microsoft Communications Con—trol version 6．0，单击insert按钮即可将通信控件插入该工程。将控件列表框内的编辑框、静态文本、图像、按钮、串口、listView等控件添加到基本框内，如图4.4.6所示。

图4.4.6 用户监控界面

为列表视图控件添加全行选中和栅格风格，并为列表视图控件添加六列。

BOOL CCMonter::OnInitDialog()

{CDialog::OnInitDialog();CRect rect; m_List.GetClientRect(&rect);

m_List.SetExtendedStyle(m_List.GetExtendedStyle() | LVS_EX_FULLROWSELECT | LVS_EX_GRIDLINES); m_List.InsertColumn(0, _T("温度"), LVCFMT_CENTER, rect.Width()/6, 0);

m_List.InsertColumn(1, _T("湿度"), LVCFMT_CENTER, rect.Width()/6, 1);

m_List.InsertColumn(2, _T("光照"), LVCFMT_CENTER, rect.Width()/6, 2);

m_List.SetBkColor(RGB(255,255,255));

串口的配置，波特率的选择，为按钮IDC_ Button1T添加单击响应函数CCMonter::OnButton1() Void CCMonter::OnButton1(){m_ctrlcomm.SetInputMode(1);

m_ctrlcomm.SetInBufferSize(1024);m_ctrlcomm.SetOutBufferSize(512);

int indexcomm,indexbaud; indexcomm=((CComboBox*)GetDlgItem(IDC_COMBO2))->GetCurSel();

switch(indexcomm) {case 0:m_ctrlcomm.SetCommPort(1);break;

case 1:m_ctrlcomm.SetCommPort(2);break; case 2:m_ctrlcomm.SetCommPort(3);break;

case 3:m_ctrlcomm.SetCommPort(4);break; case 4:m_ctrlcomm.SetCommPort(5);break;

default:break; }

indexbaud=((CComboBox*)GetDlgItem(IDC_COMBO1))->GetCurSel();

switch(indexbaud) {case 0:m_ctrlcomm.SetSettings("4800,n,8,1");break;

case 1:m_ctrlcomm.SetSettings("9600,n,8,1");break;

case 2:m_ctrlcomm.SetSettings("19200,n,8,1");break;

case 3:m_ctrlcomm.SetSettings("38400,n,8,1");break;

case 4:m_ctrlcomm.SetSettings("115200,n,8,1");break;default:break;}

if(!m_ctrlcomm.GetPortOpen()){m_ctrlcomm.SetPortOpen(TRUE);

AfxMessageBox("串口打开成功!");}

else{AfxMessageBox("eeror!"); }

m_ctrlcomm.SetRThreshold(1); m_ctrlcomm.SetInputLen(0); m_ctrlcomm.GetInput(); }

串口事件处理函数void CCMonter::OnComm()，以便当接收缓冲区有数据时做相应处理。接受与发送缓冲区：

BYTE Recieve[14];unsigned char index=0;void CCMonter::OnComm(){

VARIANT variant_inp; COleSafeArray safearray_inp; LONG len,k; CString strtemp;

BYTE rxdata[2048]; if( m_ctrlcomm.GetCommEvent()==2) {variant_inp=m_ctrlcomm.GetInput(); safearray_inp=variant_inp; len=safearray_inp.GetOneDimSize();

for( k=0;k

safearray_inp.GetElement(&k,rxdata+k);}

for(k=0;k

if(index==14){ AfxMessageBox("hello li!");

Protcol_Analy();index=0; }strtemp.Format("%2x",bt); m_strEditRXData+=strtemp; } UpdateData(FALSE); }

void CCMonter::OnSent_data()

{ UpdateData(TRUE); int Count=m_strTXData.GetLength();

char TxData[1000]; int j;

for(j=0;j

CByteArray array; array.RemoveAll();array.SetSize(Count);

for(j=0;j

将界面上实时显示的数据存到数据库中

void CCMonter::InsertLib(){ CString sql;

sql = ("insert into MonitorInfo(TemperatureNum, ShiduNum,GuangzhaoNum,ManInfo) \ values("+sdatalib[0]+","+sdatalib[1]+","+sdatalib[2]+","+sdatalib[3]+")");

try{theApp.m_pConnection->Execute((_bstr_t)sql,NULL, adCmdText);}

catch(_com_error e){CString temp;

temp.Format("错误信息:%s",e.ErrorMessage());

AfxMessageBox(temp);}catch(...){MessageBox("操作失败!"); return;}}

上位机通信协议解析函数：

long temp; unsigned char *pionter;char str1[1];char wendu[2],shidu[2],light[3];

CString sdatalib[4]; void CCMonter::Protcol_Analy() //协议解析

{ pionter=Recieve;

if(*pionter==0xee&&*(pionter+1)==0xcc)

{if(*(pionter+2)==0x0a){ sprintf(&str1[0],"%x",*(pionter+8));

temp=hexToDec(str1);sprintf(wendu, "%d" ,temp); sdatalib[0]=wendu;

m_List.SetItemText(1,0,(char *)wendu);

sprintf(&str1[0],"%x",*(pionter+10));//十六进制转字符串str2

temp=hexToDec(str1);//字符转十进制sprintf(shidu, "%d" ,temp); //将整形转换为字符串

sdatalib[1]=shidu;m_List.SetItemText(1,1,(char *)shidu);} }else{return;}

sdatalib[3]="0";InsertLib(); //数据插入数据库}

关闭串口，并清空接收和发送缓冲区：

void CCMonter::Onclose() {if(m_ctrlcomm.GetPortOpen()){m_ctrlcomm.SetPortOpen(FALSE); AfxMessageBox("关闭串口！");}}

void CCMonter::Onclear() {m_strEditRXData = "";UpdateData(FALSE);}

void CCMonter::Onsend_clear() {m_strTXData = "";UpdateData(FALSE);}

十六进制转十进制

long CCMonter::hexToDec(char *piont){

long result = 0; long t = 1;

int i,len,result1; len = strlen(piont);

for(i=len-1; i>=0; i--) { char ch=*(piont + i);

if(ch >= '0' && ch <= '9') { result1=ch - '0'; }

else if(ch >= 'A' && ch <='F'){ result1=ch - 'A' + 10; }

else if(ch >= 'a' && ch <= 'f') { result1=ch - 'a' + 10; }

result += t * result1; t *= 16; } return result;}

5系统测试

将采集光照度、温湿度发送到协调器，协调器接收到采集数据消息后发送给串口，在上位机进行显示。终端1每隔10ms采集一次数据发送给上位机，如图5.1所示。

图5.1 终端与协调器进行组网

编译、链接、运行会在相应工程目录下的debug目录下生成可执行的EXE文件。用户登录界面如图5.2所示：

图5.2 用户成功登录界面

连接好串口线后，先用串口助手测试接受的数据，如图5.3所示：

图5.3 串口接受数据测试

运行该文件可进行串口通信，选择串口号COM2，波特率9600，点击打开串口按钮，运行结果如图5.4所示：

图5.4 用户监控界面

注：后期更改如图5.5所示：