畢業(yè)論文——基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究院 、 部： 計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱(chēng) 專(zhuān) 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 完成時(shí)間： 摘 要采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)一個(gè)輕量級(jí)別的輔助管理系統(tǒng)。基于傳感網(wǎng)絡(luò)采集的溫度、濕度、光照等相關(guān)數(shù)據(jù)達(dá)到對(duì)當(dāng)前實(shí)時(shí)環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控并做出實(shí)際的機(jī)械操作。整個(gè)系統(tǒng)是通過(guò)傳感器將基本的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)利用ZigBee技術(shù)傳送到局域網(wǎng)路由器，基于C/S模式，服務(wù)器對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行容錯(cuò)篩選，再存儲(chǔ)。管理者通過(guò)移動(dòng)終端向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求命令，服務(wù)器收到請(qǐng)求解析并做出相應(yīng)的反應(yīng)，從而達(dá)到對(duì)系統(tǒng)環(huán)境狀況的實(shí)

2、時(shí)監(jiān)察調(diào)度。論文是以當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為發(fā)力點(diǎn)，結(jié)合農(nóng)業(yè)溫室作物培植技術(shù)，論述并實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)田環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，為種植戶(hù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)時(shí)農(nóng)田作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控并提供相關(guān)技術(shù)與數(shù)據(jù)上的支持，真正實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)管理的智能化，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)；傳感網(wǎng)絡(luò)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；生產(chǎn)決策ABSTRACTUsing Internet technology to agricultural production in crop growth environment monitor to Implement a lightweight auxiliary management system. Based on dat

3、a of temperature, humidity, light and other sensor networks to achieve the current collection of real-time remote monitoring of the environment and make the actual mechanical operation.The whole system is monitored by basic sensor data utilizing ZigBee technology transfer to the LAN router, based on

4、 C / S mode, the sensor network server data collected fault tolerance screening, and then store. Managers issued through the mobile terminal requests to the server command, the server receives the request parsing and react accordingly, so as to achieve real-time monitoring system scheduling environm

5、ent. This article from the current of things, combined with agronomic techniques, made things overall framework of police dispatch system structure of agriculture.The user real-time monitoring of farmland and production data to support decision-making, truly intelligent management of agriculture, in

6、 line with the development of modern agriculture.Key words epc network; sensor network; modern agriculture; production decision目 錄第一章引 言41.1課題背景和意義41.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.3篇章組織5第二章基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架71.1智能家居系統(tǒng)中的環(huán)境監(jiān)控解決思路71.2基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)9第三章硬件環(huán)境的搭建112.1硬件環(huán)境組成框圖112.2服務(wù)器端環(huán)境搭建122.2.1開(kāi)發(fā)與調(diào)試工具包安裝122.2.2開(kāi)發(fā)板開(kāi)發(fā)與調(diào)試環(huán)境配置

7、132.3 數(shù)據(jù)采集端環(huán)境配置172.3.1硬件資源概覽172.3.2 模塊芯片的選擇182.3.3開(kāi)發(fā)與調(diào)試工具包安裝19第四章軟件設(shè)計(jì)213.1 服務(wù)器端的軟件設(shè)計(jì)223.1.1 Linux內(nèi)核移植223.1.2 SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)223.1.3 Json文件的格式實(shí)現(xiàn)233.1.4 服務(wù)器端的通信協(xié)議的設(shè)置233.2 數(shù)據(jù)采集端軟件設(shè)計(jì)263.2.1總體設(shè)計(jì)概述263.2.2 數(shù)據(jù)采集端M0與服務(wù)器端A9通信協(xié)議設(shè)置273.3 Android客戶(hù)端軟件設(shè)計(jì)29第五章系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與調(diào)試304.1 服務(wù)器A9模塊的數(shù)據(jù)接/發(fā)調(diào)試的相關(guān)過(guò)程展示304.2 數(shù)據(jù)采集M0模塊的調(diào)試374.3客戶(hù)端測(cè)試

8、展示39第六章總結(jié)反思41參考文獻(xiàn)42致 謝43第一章 引 言1.1 課題背景和意義物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今新一代信息技術(shù)的核心，作為后互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代具有產(chǎn)業(yè)性潛力的技術(shù)，它的定義也是隨著技術(shù)的不斷深入發(fā)展而被一次次定義。物聯(lián)網(wǎng)是個(gè)泛概念，它是多學(xué)科、多領(lǐng)域的集合體，它集中體現(xiàn)了后互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的技術(shù)方向，同樣是人類(lèi)更高層次發(fā)展的切入口。從單純的知識(shí)概念上講，這是一個(gè)入門(mén)很高的學(xué)科領(lǐng)域，它所體現(xiàn)的就是當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)理念思想發(fā)展的更高層次的分化與融合。從市場(chǎng)與技術(shù)的縱向上看，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的是更高生活品質(zhì)的宜人化的服務(wù)層次，它所蘊(yùn)含的產(chǎn)業(yè)價(jià)值也定不會(huì)遜色于電商時(shí)代。物聯(lián)網(wǎng)概念的提出其實(shí)是很早的，但是受制于現(xiàn)實(shí)技術(shù)等因素，它

9、的發(fā)展也總是很緩慢，物聯(lián)網(wǎng)展現(xiàn)的是多領(lǐng)域的融合。從這個(gè)角度講，它的的發(fā)展同樣是一個(gè)面的概念，反而是單個(gè)因素成為磕絆發(fā)展的短板！物聯(lián)網(wǎng)不是中國(guó)首次提出的，卻是在當(dāng)前背景下發(fā)展最為全面的，而從實(shí)際的角度上講，先驅(qū)意味著前行，意味著時(shí)間與金錢(qián)上無(wú)限的投入。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度上講，這些投入都是必須的也是值得的！2009年美國(guó)白宮，肯定了在基于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)提出的“智慧地球”概念，并在全球經(jīng)濟(jì)下行壓力極大的情況下，大手筆的投入智慧地球。對(duì)于高科技美國(guó)人歷來(lái)是唯快不破，并牢牢把握科技的上游，這也體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)背后的政治與科技的角逐！1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀物聯(lián)網(wǎng)從本世紀(jì)出的首次提出到今天，它的應(yīng)用已經(jīng)滲入了我們生活

10、的方方面面。從飯不離手的智能手機(jī)到瘋狂驚叫的VR設(shè)備，再到強(qiáng)大的“大狗”機(jī)器人，無(wú)不體現(xiàn)嵌入式在現(xiàn)代生活元素中的身影。從國(guó)內(nèi)外更廣的視角來(lái)看，在農(nóng)業(yè)上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也在不斷的深入。就農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域來(lái)講，法國(guó)、美國(guó)和日本等一些國(guó)家運(yùn)用監(jiān)控衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)加地面監(jiān)控站來(lái)構(gòu)建全國(guó)性或者全區(qū)域性的先進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，憑借先進(jìn)的傳感器感知技術(shù)、信息融合傳輸技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立區(qū)域性的農(nóng)業(yè)信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，從宏觀上保證農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，并指導(dǎo)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化種植與發(fā)展。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理領(lǐng)域，美國(guó)、澳大利亞、法國(guó)等傳統(tǒng)的農(nóng)畜牧業(yè)比較強(qiáng)大的西方國(guó)家建立了完善的指導(dǎo)機(jī)制平臺(tái)，

11、并形成了廣泛的實(shí)用性極強(qiáng)的控制系統(tǒng)。在物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展我國(guó)其實(shí)也是奮起直追，在相關(guān)領(lǐng)域也有著不錯(cuò)的成績(jī)，現(xiàn)階段我們?cè)诒本⑸虾?、江蘇等地方建立起了很多農(nóng)業(yè)示范園，同時(shí)各地也在 積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)的優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目，并且這些項(xiàng)目的到了較好的回應(yīng)，在保證農(nóng)民增收的基礎(chǔ)上，對(duì)于糧食供給和食品安全領(lǐng)域的助推也是顯而易見(jiàn)的。在全國(guó)性的環(huán)境監(jiān)控方面的發(fā)展上我們同樣有我們自己的比較成功的實(shí)用案例。但是我們總體層次上相較之國(guó)外的發(fā)展，還是存在著很多的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)遍地開(kāi)花的局面并沒(méi)有產(chǎn)生，傳統(tǒng)小田農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的弱化甚至是破碎較為嚴(yán)重！換言之，我們的傳統(tǒng)的耕作與管理模式都在弱化！國(guó)家從2003年就在不斷的加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的

12、補(bǔ)助與扶持，從國(guó)家政策層面上來(lái)講，我國(guó)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)發(fā)展上出臺(tái)了多個(gè)國(guó)家級(jí)文件。但是，從全局縱向上看，我國(guó)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展也僅僅是負(fù)重式的發(fā)展，整體的發(fā)展速度在區(qū)域上是存在巨大差異的，并且這種差異在進(jìn)一步擴(kuò)大！物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)的成熟應(yīng)用主要集中在農(nóng)畜牧業(yè)發(fā)展比較強(qiáng)大的西方國(guó)家，這不是偶然卻存在著必然！農(nóng)業(yè)的發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，它集中體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家在民生方面的積累與沉淀。對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)來(lái)說(shuō)，農(nóng)業(yè)發(fā)展是的不平衡性不是一個(gè)政策一攬子文件就能解決的，它背后體現(xiàn)的是市場(chǎng)與價(jià)值還有實(shí)際人文的選擇與轉(zhuǎn)變，這就意味著農(nóng)業(yè)的不平衡性將是長(zhǎng)期的。一時(shí)的大手筆絕對(duì)不是解決的方法，一味的放置偏頗更是不可取

13、，在技術(shù)與資金上的積極引導(dǎo)才是正道，國(guó)家層面的示范建設(shè)是標(biāo)桿，企業(yè)及個(gè)人的投入是補(bǔ)充，主體與局部的結(jié)合才是物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)在中國(guó)當(dāng)前的實(shí)際技術(shù)與地理環(huán)境上的真正選擇！1.3 篇章組織本文面向建立的是小型化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的環(huán)境監(jiān)控的研究平臺(tái)。主要就是建立一個(gè)核心在局域網(wǎng)的小型農(nóng)田監(jiān)控系統(tǒng)，主要是對(duì)中、近距離數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控。整個(gè)設(shè)計(jì)分為三個(gè)模塊：服務(wù)器模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，應(yīng)用層模塊。在服務(wù)器端將采用Cortex-A9芯片，數(shù)據(jù)采集模塊采用的是芯片Cortex-M0，應(yīng)用層是移動(dòng)終端通過(guò)訪問(wèn)本地路由器建立與通信。在M0模塊將實(shí)現(xiàn)光照監(jiān)控子模塊，溫度監(jiān)控子模塊。還有簡(jiǎn)單的模擬開(kāi)關(guān)燈子模塊，模擬開(kāi)關(guān)風(fēng)扇子模塊

14、。在服務(wù)器A9端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理存儲(chǔ)，同時(shí)是通過(guò)有線與本地路由器進(jìn)行連接，服務(wù)器A9與M0模塊是通過(guò)ZigBee模塊進(jìn)行通信的。用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)、平板等移動(dòng)終端通過(guò)WIFI與路由器進(jìn)行通信，從而訪問(wèn)服務(wù)器。針對(duì)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)需求與知識(shí)技能的儲(chǔ)備，本文僅僅是有選擇有裁剪的模擬實(shí)現(xiàn)了環(huán)境檢測(cè)的簡(jiǎn)單框架。本文第二章簡(jiǎn)要介紹了智能家居實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的基本邏輯框架與思路。因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)監(jiān)控與智能家居在起點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理階段同宗同源，同時(shí)詳細(xì)說(shuō)明本設(shè)計(jì)的框架。第三章對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的模塊細(xì)分并說(shuō)明各自的功能與實(shí)現(xiàn)邏輯以及硬件部分詳細(xì)設(shè)計(jì)。第四章為整個(gè)系統(tǒng)軟件部分詳細(xì)設(shè)計(jì)。第五章是單元測(cè)試以及系統(tǒng)綜合驗(yàn)收測(cè)試。第六章指出該系統(tǒng)的特

15、色與反思以及對(duì)物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)的展望。第二章 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架 1.1智能家居系統(tǒng)中的環(huán)境監(jiān)控解決思路這里首先介紹下當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)框架下的智能家居系統(tǒng)的模式與基本實(shí)現(xiàn)解決思路。物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)是基于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展而來(lái)的，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用向農(nóng)業(yè)的觸及，但是從當(dāng)前的大環(huán)境上來(lái)講，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)畜牧業(yè)的發(fā)展也僅僅停留在大田示范園的階段，而物聯(lián)網(wǎng)在適宜人居環(huán)境的應(yīng)用、推廣與投入是比較成功也是比較大的。這種現(xiàn)象其實(shí)很好找到原因。作為一個(gè)商業(yè)性的發(fā)展，利益驅(qū)動(dòng)才是根本，很明顯投資物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)在成本上與市場(chǎng)回報(bào)上周期都是很長(zhǎng)的，而研發(fā)成本以及硬件成本是很高的，而做出的產(chǎn)品在市場(chǎng)的普及上又是未知的，利益小風(fēng)險(xiǎn)大，所以

16、說(shuō)這個(gè)領(lǐng)域的成熟的參考是較少的。但是智能家居與物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)在模塊化的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)的傳輸階段又是相通的，我們基于“用已知去探求未知，化抽象為具體”的解決思想，從當(dāng)前智能家居的模式與問(wèn)題解決方案來(lái)找到靈感，打趣的說(shuō)我們是站在巨人的肩膀上看待物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)前景的！坦率的講，在智能家居領(lǐng)域的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)早已不是單個(gè)產(chǎn)品再或者單個(gè)系列的小打小鬧，在競(jìng)爭(zhēng)的背后是對(duì)這個(gè)行業(yè)甚至是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的技術(shù)與市場(chǎng)的把控與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的搶占。當(dāng)前，無(wú)論是實(shí)力強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)還是傳統(tǒng)的電商大鱷，更甚是剛步行業(yè)的微小型公司，他們都在利用自己的優(yōu)勢(shì)打造自己關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)智能家居的理解和對(duì)未來(lái)高品質(zhì)家居生活的闡釋。通俗的講，這些企業(yè)關(guān)注點(diǎn)和

17、搶占的先機(jī)就是智能家居的控制入口。任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品都是從竟態(tài)下的考驗(yàn)最終在市場(chǎng)與利潤(rùn)的現(xiàn)實(shí)驅(qū)動(dòng)因素下走向標(biāo)準(zhǔn)，今天的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正處于竟態(tài)下，都在把握市場(chǎng)與價(jià)值的切合點(diǎn)上起舞，不同的性質(zhì)的企業(yè)對(duì)這個(gè)舞蹈的欣賞又是各不相同的！智能硬件企業(yè)：手機(jī)+智能小部件模式。毫不夸張的說(shuō)在嵌入式產(chǎn)品中的發(fā)展中，各大手機(jī)廠商絕對(duì)可以稱(chēng)得上主要力量。從智能手機(jī)的門(mén)被打開(kāi)的那一刻，疙瘩手機(jī)更是層出不窮，做情懷產(chǎn)品的時(shí)代幾乎是一夜間就消失殆盡了。同時(shí)在智能家居的領(lǐng)域這些廠商也是拼勁十足。主要代表的就是小米和華為的智能家居戰(zhàn)略。他們的思路就是在路由器上做文章，將自家的路由器作為智能家居戰(zhàn)略的入口和推廣平臺(tái)，并且配置相

18、關(guān)系列的智能配件來(lái)自我組裝一個(gè)可供自己選擇且適合自己的口味的智能家居環(huán)境，同時(shí)將自己的平臺(tái)做有限的開(kāi)放，將更多的開(kāi)發(fā)接口提供出來(lái)，為個(gè)人的意愿發(fā)展提供現(xiàn)有微小平臺(tái)。對(duì)于手機(jī)制造廠家來(lái)說(shuō)輕車(chē)熟路更易于成功，所要解決的問(wèn)題主要是“點(diǎn)”的定位，而不完全受制于一個(gè)完整的平臺(tái)約束，擴(kuò)展性很強(qiáng)，在網(wǎng)絡(luò)接入和產(chǎn)品控制上，變得更容易！互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)：用解決方案來(lái)做云上的智能家居。談及對(duì)當(dāng)前科技的把控，互聯(lián)網(wǎng)大公司絕對(duì)是最為敏感的，對(duì)于做服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)大佬們，利潤(rùn)的驅(qū)動(dòng)絕對(duì)是至上的，從這幾年BAT一系列的收購(gòu)行為以及對(duì)P2P與O2O平臺(tái)的大手筆的投入便可看出。對(duì)于智能家居，他們也有著自己對(duì)未來(lái)宜人家居的品質(zhì)生活的定位

19、與看待。百度通過(guò)搭建硬件平臺(tái)并推出了自家的云服務(wù)；騰訊則是以微信為自己的突破口；阿里則借助視頻盒子和云OS作為智能家居平臺(tái)的入口。當(dāng)我們靜下心去細(xì)細(xì)想下這些互聯(lián)網(wǎng)公司的選擇的突破口，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)他們最大的優(yōu)勢(shì)是其巨大的流量、用戶(hù)數(shù)據(jù)、附帶的系列軟件等，結(jié)合當(dāng)前的云存儲(chǔ)與云計(jì)算，為智能家居的提供一個(gè)頂層設(shè)計(jì)也是一種完美的擬合。但是到目前為止也僅僅是百度做出了點(diǎn)成效。在早期的智能家居探索的產(chǎn)品是很多的，但是收益甚微，那一輪的家居熱情就此虎頭蛇尾的結(jié)束了。對(duì)于智能家居的家居元素的理解的深度還是不夠透徹，由此可見(jiàn)當(dāng)前市場(chǎng)上充斥著以小米模式噴涌的智能小產(chǎn)品，但是主流價(jià)值產(chǎn)品卻是不足！不得不說(shuō)主流產(chǎn)品布局的

20、智能家居是一個(gè)整體框架的必然需要。傳統(tǒng)家電企業(yè)：產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟式入口模式。不得不說(shuō)最早嗅到物聯(lián)網(wǎng)下智能家居發(fā)展的是傳統(tǒng)的家電廠家。物聯(lián)網(wǎng)本身就是一個(gè)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)業(yè)，很顯然憑借傳統(tǒng)電商的營(yíng)銷(xiāo)老路子是走不通的，曾經(jīng)大批家電企業(yè)在轟轟烈烈的進(jìn)軍PC產(chǎn)業(yè)的教訓(xùn)是痛在他們心里的?，F(xiàn)實(shí)的狀況是，在專(zhuān)業(yè)性技術(shù)和推廣策略的限制下傳統(tǒng)家電企業(yè)在智能家居領(lǐng)域的單打獨(dú)干顯得很無(wú)力。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)的浪潮真正全面襲來(lái)的時(shí)候，主流的家電公司紛紛選擇他們的方式家電聯(lián)盟，去融入并打造他們世界觀下的智能家居。比如海爾的U-home系統(tǒng)為平臺(tái)，憑借E家佳聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了多產(chǎn)品的兼容。傳統(tǒng)家電企業(yè)對(duì)家用電子設(shè)備是真正理解，憑借自己在傳統(tǒng)家電行業(yè)

21、內(nèi)的威望，組建一個(gè)企業(yè)聯(lián)盟進(jìn)而建立拉攏一批小型智能家居制造商，搭建統(tǒng)一的開(kāi)放平臺(tái)，以此來(lái)把控智能家居的入口也不失為一個(gè)上上策。1.2基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)解決思路這里我主要關(guān)注的是小米家的解決模式。手機(jī)+智能單品的模式下，小米絕對(duì)是獨(dú)樹(shù)一幟的前行者，小米的產(chǎn)品的營(yíng)銷(xiāo)模式雖廣受詬病，但是小米產(chǎn)品還算是成功的。回看以智能手機(jī)為核心的等一批便攜式的智能硬件的發(fā)展軌跡，4年來(lái)，有的企業(yè)倒了，有的市場(chǎng)在不斷萎縮。小米在壯大中，正如小米的技術(shù)總監(jiān)孫鵬說(shuō)的，智能家居的思路想法誰(shuí)都有，能做出使用的產(chǎn)品在說(shuō)！在小米的智能家居設(shè)計(jì)理念中，路由器是數(shù)據(jù)處理的核心，智能插座等小部件是入口。各種米系列的產(chǎn)品通過(guò)無(wú)

22、線或者有線鏈接到路由器，米路由器從功能上來(lái)說(shuō)，除了基本路由器常有的網(wǎng)關(guān)、Wi-Fi熱點(diǎn)功能之外，還支持小米設(shè)備快連、可擴(kuò)展功能的插件模式、DLNA 方式共享文件、支持 LAMP功能。我的設(shè)計(jì)就是基于本地路由訪問(wèn)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集與監(jiān)控的！整個(gè)設(shè)計(jì)是模式探索型的設(shè)計(jì)，基于這種定位整個(gè)系統(tǒng)的模塊是很簡(jiǎn)單的，在功能上也進(jìn)行了相關(guān)的裁剪和功能的模擬轉(zhuǎn)移。這種定位是對(duì)實(shí)際技術(shù)與成本進(jìn)行相關(guān)考量后做出決定的。作為一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)受制于個(gè)人知識(shí)與眼界，我僅僅能做我能勝任的部分，同時(shí)當(dāng)前可以學(xué)習(xí)參考的模型是有的，但都不是開(kāi)源的資料，對(duì)于當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)一切都是在起步上下功夫，一切都是商業(yè)！雖然小米曾承諾將相關(guān)協(xié)議開(kāi)放

23、，就是BAT也曾說(shuō)將平臺(tái)開(kāi)放，但是實(shí)際對(duì)于個(gè)體用戶(hù)的測(cè)試學(xué)習(xí)還是很困難的。本設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)模塊，服務(wù)器模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，移動(dòng)控制端模塊。服務(wù)器端選擇的是三星以ARM的cortex-A9系列為核心開(kāi)發(fā)的Exynos 4412。這款芯片采用了三星最新的32nm HKMG工藝，主頻最高為1.4GHGz，是三星的第一款四核處理器。因?yàn)椴捎昧诵碌墓に噷?shí)現(xiàn)相同性能的同時(shí)功耗控制更加出色。此外，三星Exynos 4412支持雙通道LPDDR2 1066內(nèi)存，這款芯片在同期同層次的芯片中算是最優(yōu)的，特別在很多媒體的測(cè)試中，搭載了這款芯片的移動(dòng)設(shè)備的跑分都是很高的。數(shù)據(jù)采集模塊采用的以Cortex-M0為核

24、心板的LPC11C14芯片。數(shù)據(jù)傳輸模塊用的是ZigBee技術(shù)。LPC11C14集成了溫濕度度傳感器，光照傳感器，可調(diào)速小風(fēng)扇等小模塊，通過(guò)這些模塊 對(duì)周?chē)h(huán)境的溫濕度，光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，然后通過(guò)組合的ZigBee模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼xynos 4412服務(wù)器端，服務(wù)器端對(duì)數(shù)據(jù)容錯(cuò)，存儲(chǔ)。服務(wù)器一端通過(guò)ZigBee與LPC11C14模塊通信，另一端通過(guò)有線與本地路由器進(jìn)行鏈接通信。當(dāng)用戶(hù)通過(guò)設(shè)置固定IP訪問(wèn)本地路由器的移動(dòng)端向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器端對(duì)相關(guān)請(qǐng)求進(jìn)行解析，做出開(kāi)關(guān)燈、風(fēng)扇的邏輯操作。約定：以下Cortex-A9表示服務(wù)器，簡(jiǎn)稱(chēng)A9；以下Cortex-M0表示數(shù)據(jù)采集模塊,簡(jiǎn)

25、稱(chēng)M0；以下APP表示智能家居 Android 客戶(hù)端應(yīng)用程序。第三章 硬件環(huán)境的搭建2.1硬件環(huán)境組成框圖本設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)大模塊，服務(wù)器模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，移動(dòng)控制端模塊，服務(wù)器模塊與數(shù)據(jù)采集都集成了數(shù)據(jù)傳輸模塊。服務(wù)器端選擇的是三星公司開(kāi)發(fā)的Exynos 4412。數(shù)據(jù)采集模塊采用的LPC11C14芯片。數(shù)據(jù)傳輸模塊用的是ZigBee技術(shù)。LPC11C14集成了溫濕度度傳感器，光照傳感器，可調(diào)速小風(fēng)扇等小模塊，這些模塊獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)組合的ZigBee模塊傳輸?shù)紼xynos 4412服務(wù)器端，服務(wù)器端對(duì)數(shù)據(jù)容錯(cuò)，存儲(chǔ)。服務(wù)器一端通過(guò)ZigBee與LPC11C14模塊通信，另一端通過(guò)有線與本

26、地路由器進(jìn)行鏈接通信。用戶(hù)通過(guò)設(shè)置固定IP訪問(wèn)本地路由器，服務(wù)器端對(duì)相關(guān)請(qǐng)求進(jìn)行解析，做出及時(shí)響應(yīng)。整體系統(tǒng)組成框圖如圖2-1：圖2-1 整體系統(tǒng)組成框圖2.2服務(wù)器端環(huán)境搭建2.2.1開(kāi)發(fā)與調(diào)試工具包安裝對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)講環(huán)境的配置是至關(guān)重要的，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)把大把的時(shí)間花在硬件的調(diào)試，以期獲得一個(gè)穩(wěn)定的性能，（1）安裝gcc編譯工具：yagarto-bu-2.21_gcc-4.6.2-c-c+_nl-1.19.0_gdb-7.3.1_eabi_20111119.exe。（2）安裝tools工具：yagarto-tools-20100703-setup.exe。（3）安裝FS-JTAG工具：（4

27、）安裝JTAG驅(qū)動(dòng)：把JTAG 接入計(jì)算機(jī)USB口，會(huì)提示發(fā)現(xiàn)新硬件，選擇從列表或指定位置安裝。（這個(gè)過(guò)程需要安裝3次）2.2.2開(kāi)發(fā)板調(diào)試與開(kāi)發(fā)環(huán)境配置服務(wù)器A9中跑的不是裸機(jī)是一個(gè)裁剪了小型化的Linux內(nèi)核，下邊就是往開(kāi)發(fā)板上配置相關(guān)環(huán)境。我們板子上跑的是Linux系統(tǒng)所以我們開(kāi)發(fā)調(diào)試階段也要在這樣一個(gè)環(huán)境中進(jìn)行，所以開(kāi)發(fā)的階段必須在Linux虛擬機(jī)上通過(guò)調(diào)試工具建立一個(gè)相關(guān)聯(lián)的環(huán)境。模擬一個(gè)同板子環(huán)境相似的環(huán)境。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并測(cè)試完成后在將板子與虛擬機(jī)環(huán)境徹底分離。Exynos 4412開(kāi)發(fā)板如圖：圖2-2 Exynos 4412整個(gè)A9模塊開(kāi)發(fā)的過(guò)程分為兩個(gè)三個(gè)階段：階段一進(jìn)行相關(guān)環(huán)境

28、的配置，主要是對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)境與開(kāi)發(fā)板環(huán)境的配置；階段二進(jìn)行軟件層次的設(shè)計(jì)，諸如服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)；階段三將進(jìn)行A9單個(gè)模塊的調(diào)試以及整體組合后的調(diào)試，這個(gè)過(guò)程是最為關(guān)鍵的，關(guān)乎整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，同是也是復(fù)雜程度最高的模塊。在階段一，我們將開(kāi)發(fā)環(huán)境與開(kāi)發(fā)板環(huán)境分別稱(chēng)為Host端開(kāi)發(fā)與Target端開(kāi)發(fā)，在Host端開(kāi)發(fā)我們要安裝一系列的開(kāi)發(fā)調(diào)試工具包，并且配置Host與Target開(kāi)發(fā)的服務(wù)器環(huán)境。在Target端我們主要是對(duì)目標(biāo)機(jī)環(huán)境簡(jiǎn)單設(shè)置，同是進(jìn)行相關(guān)功能的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)三個(gè)階段做好之后將做好的Boot Loader和Kernel還有Roofs燒寫(xiě)到開(kāi)發(fā)板上，至此一個(gè)裁剪的嵌入式小型數(shù)據(jù)處理服

29、務(wù)器做好了！嵌入式Linux開(kāi)發(fā)模式如圖2-3：圖2-3 嵌入式Linux開(kāi)發(fā)模式框圖開(kāi)發(fā)板調(diào)試模式如圖2-4：圖2-4 開(kāi)發(fā)板調(diào)試模式框圖這里將X86機(jī)器作為開(kāi)發(fā)服務(wù)器機(jī)器，開(kāi)發(fā)板作為目標(biāo)機(jī)或者調(diào)試機(jī)。tftp服務(wù)器的配置：TFTP（Trivial File Transfer Protocol,簡(jiǎn)單文件傳輸協(xié)議）是TCP/IP協(xié)議族中的一個(gè)用來(lái)在客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器之間進(jìn)行簡(jiǎn)單文件傳輸?shù)膮f(xié)議，提供開(kāi)銷(xiāo)不大且不復(fù)雜的文件傳輸服務(wù)。端口號(hào)為69。TFTP是一個(gè)傳輸文件的簡(jiǎn)單協(xié)議，它基于UDP協(xié)議而實(shí)現(xiàn)。在調(diào)試開(kāi)發(fā)階段我們使用tftp服務(wù)器目的就是可以將我們?cè)贖ost機(jī)中編譯開(kāi)發(fā)好的內(nèi)核高速的下載到Ta

30、rget中。對(duì)于產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)調(diào)試是至關(guān)重要的。Tftp服務(wù)器的具體配置如圖2-5：圖2-5 tftp服務(wù)器配置流程圖nfs服務(wù)器的配置：nfs是Network File System的縮寫(xiě)，即網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)。一種使用于分散式文件系統(tǒng)的協(xié)定，它的最大的功能就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讓不同的機(jī)器、不同的操作系統(tǒng)能夠彼此分享個(gè)別的數(shù)據(jù)，它的基本原則是“容許不同的客戶(hù)端及服務(wù)端通過(guò)一組RPC分享相同的文件系統(tǒng)”，它是獨(dú)立于操作系統(tǒng)，容許不同硬件及操作系統(tǒng)的系統(tǒng)共同進(jìn)行文件的分享。也正是nfs簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)但功能相對(duì)健壯的特點(diǎn)，給調(diào)試和文件系統(tǒng)的制作過(guò)程帶來(lái)極大的快捷、方便。具體搭建過(guò)程詳見(jiàn)圖2-6：圖2-6 nfs服務(wù)器

31、配置流程圖整個(gè)過(guò)程必須保證完整且正確，在實(shí)際的配置的過(guò)程會(huì)出現(xiàn)很多調(diào)試配置上的問(wèn)題，一定要克服解決！做好A9開(kāi)發(fā)和調(diào)試后環(huán)境后就是具體的內(nèi)核移植的過(guò)程了。內(nèi)核移植主要工作就是U-Image的制作，這個(gè)制作過(guò)程在第三章講解，下邊大體介紹整個(gè)開(kāi)發(fā)板的啟動(dòng)流程如圖2-7：圖2-7 開(kāi)發(fā)板的啟動(dòng)流程圖2.3 數(shù)據(jù)采集端環(huán)境配置2.3.1硬件資源概覽數(shù)據(jù)采集模塊采用的是基于ARM Cortex-M0 內(nèi)核的LPC11C14 微控制器 ，集成多種傳感器、RFID、ZigBee、OLED 顯示模塊等的一款芯片。配套有開(kāi)放的CoLink仿真器，使用者可以在不另外配置U-LINK2仿真器的情況下進(jìn)入開(kāi)發(fā)。本設(shè)計(jì)

32、中我選擇了溫濕度傳感模塊、光照傳感模塊、ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊。LPC11C14芯片整體框架如圖2-8：圖2-8 LPC11C14芯片整體框架本套架構(gòu)設(shè)計(jì)是用于Exynos 4412服務(wù)器端與LPC11C14之間的程序設(shè)計(jì)的整體框架和數(shù)據(jù)的處理過(guò)程。Exynos 4412通過(guò)發(fā)送操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)包到LPC11C14來(lái)完成相應(yīng)的用戶(hù)希望得到的操作與數(shù)據(jù)，同時(shí)LPC11C14給Exynos 4412回復(fù)相應(yīng)的確認(rèn)包，表示LPC11C14已經(jīng)完成了這項(xiàng)操作。這樣就可以完成一次交互。LPC11C14的實(shí)物展示如圖 2-9：圖2-9 LPC11C14芯片實(shí)物展示2.3.2 模塊芯片的選擇溫濕度傳感器DHT

33、11的基本原理：DHT11是一款有校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳感器。精度濕度+-5%RH，溫度+-2，量程濕度20-90%RH，溫度050。它采用的是簡(jiǎn)化的單總線通信，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由單總線完成。DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送40位數(shù)據(jù)，高位先出。數(shù)據(jù)格式: 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 濕 度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) + 8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit 校驗(yàn)位。原理圖如圖 2-10：圖 2-10光照感應(yīng)器ISL29003的基本原理：ISL29003內(nèi)部有兩個(gè)光電管。光電管1對(duì)可見(jiàn)光和紅外光都是敏感的，光電管2主要是對(duì)紅

34、外光敏感的。這兩個(gè)的光譜反應(yīng)是獨(dú)立的。兩個(gè)光電管將光信息轉(zhuǎn)換為電流，然后通過(guò)二極管的電流輸出會(huì)被一個(gè)16位的A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。原理圖如圖 2-11：圖 2-112.3.3開(kāi)發(fā)與調(diào)試工具包安裝在這個(gè)階段開(kāi)發(fā)環(huán)境是Keil Real View MDK，這個(gè)軟件是ARM公司推出的。Real View MDK 集成了業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的技術(shù)，包括 Vision4 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境與Real View編譯器，它支持 ARM7、ARM9和最新的Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M3 和 Cortex-M4核處理器，自動(dòng)配置啟動(dòng)代碼，集成Flash 燒寫(xiě)模塊，強(qiáng)大的 Simulation 設(shè)備模

35、擬，性能分析等功能在LPC11C14開(kāi)發(fā)過(guò)程我們同樣需要調(diào)試工具，這里我們選用的是CoLink仿真器，該仿真器上有Colink固件。Colin實(shí)物展示如圖2-12：圖2-12 Colin實(shí)物展示Colin的安裝調(diào)試如圖2-13：圖2-13 Colin的安裝調(diào)試流程圖第四章 軟件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要有四個(gè)部分：服務(wù)器端，數(shù)據(jù)采集端，數(shù)據(jù)傳輸模塊，APP模塊，在服務(wù)器端主要的工作將集中在對(duì)Linux系統(tǒng)移植和數(shù)據(jù)傳輸階段，前者是一些固化的操作，僅僅是在驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)階段有點(diǎn)難度，相較之后者要比較麻煩要不斷的進(jìn)行測(cè)試才可以穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通信。數(shù)據(jù)采集端主要實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)通信與光照傳感器與溫濕度傳

36、感器的驅(qū)動(dòng)，這個(gè)過(guò)程都算可以，還是傳輸數(shù)據(jù)的階段最為反復(fù)。在移動(dòng)APP設(shè)計(jì)，用的是Android進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，主要解決的問(wèn)題是數(shù)據(jù)的展示與請(qǐng)求命令的解析處理。在服務(wù)器端采用的是Json格式數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的。整個(gè)系統(tǒng)的軟件框架如圖3-1：圖3-1 系統(tǒng)的軟件框架3.1 服務(wù)器端的軟件設(shè)計(jì)3.1.1 Linux內(nèi)核移植內(nèi)核移植是這個(gè)模塊的核心工作，也同樣是嵌入式產(chǎn)品的核心，我們是在一個(gè)固定的框架下做東西，是在開(kāi)源代碼的基礎(chǔ)上裁剪出自己需要的模塊，在根據(jù)自己實(shí)際的需求，去實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的模塊的驅(qū)動(dòng)，這個(gè)過(guò)程在這里不詳細(xì)說(shuō)明，這個(gè)過(guò)程的框架流程如圖3-2：圖3-2 Linux內(nèi)核移植跨職能流程圖3.1.2 SQ

37、Lite數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite，是一款關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是嵌入式的，目前在嵌入式領(lǐng)域絕對(duì)不二選擇。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)占用資源非常的低，很符合嵌入式內(nèi)存有限的基本現(xiàn)狀。這里使用SQLite3來(lái)對(duì)APP傳輸來(lái)的登錄數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。這里的建表很簡(jiǎn)單就是為了存儲(chǔ)用戶(hù)的登錄信息。LogName，PassWord, PhoneNumber，UserToken這些字段，其中UserToken是Key值。圖3-3 sqlite3用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)3.1.3 Json文件的格式實(shí)現(xiàn)這里數(shù)據(jù)通信中的數(shù)據(jù)格式都是采用的Json，這是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，它采的是用完全獨(dú)立于語(yǔ)言的文本格式，但同時(shí)又保留了類(lèi)C的習(xí)慣

38、。易于人編寫(xiě)和閱讀，于此同時(shí)讀，解析和生成都比較快速。也正是這些特性使之成為使用比較方便的數(shù)據(jù)交換格式。3.1.4 服務(wù)器端的通信協(xié)議的設(shè)置服務(wù)器A9的通信主要是與客戶(hù)端通信、M0進(jìn)行通信，雙方之間通信通過(guò) TCP 協(xié)議通信，在應(yīng)用層指定自己的數(shù)據(jù)包格式，并且?guī)в写_認(rèn)機(jī)制，這個(gè)模塊講解說(shuō)明的是Android的APP與服務(wù)器A9進(jìn)行通信。這里根據(jù)實(shí)際的功能需求進(jìn)行了通信協(xié)議的設(shè)置如表3-1，表3-2：表3-1 JSON格式的KEY值數(shù)據(jù)包格式JSON格式的KEY值如下：userName用戶(hù)名oldPassword 舊密碼newPassword 新密碼password 密碼phoneNumber手

39、機(jī)號(hào)userToken 用戶(hù)身份識(shí)別碼randomCode 驗(yàn)證碼（6 位大小寫(xiě)字母和數(shù)字組成）stateCode狀態(tài)值（int）temperature溫度humidity 濕度light 光照deviceNumber 設(shè)備號(hào)deviceCode 設(shè)備操作碼deviceState 設(shè)備狀態(tài)碼videoList 獲取視頻文件列表表3-2服務(wù)器與客戶(hù)端通信的狀態(tài)碼格式服務(wù)器返回給客戶(hù)端的狀態(tài)碼：stateCode ：0 客戶(hù)端請(qǐng)求成功stateCode ：1 客戶(hù)端請(qǐng)求失敗stateCode ：2 客戶(hù)端用戶(hù)名錯(cuò)誤stateCode ：3 客戶(hù)端密碼錯(cuò)誤stateCode ：4 客戶(hù)端手機(jī)號(hào)錯(cuò)誤s

40、tateCode ：5 客戶(hù)端驗(yàn)證碼錯(cuò)誤stateCode ：6 客戶(hù)端 userToken 錯(cuò)誤stateCode ：7 客戶(hù)端 userToken 過(guò)期服務(wù)器返回給客戶(hù)端的設(shè)備狀態(tài)：deviceState:0 設(shè)備處于打開(kāi)狀態(tài)deviceState:1 設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)deviceState:2 設(shè)備處于故障狀態(tài)客戶(hù)端請(qǐng)求設(shè)備操作碼：deviceCode:0 請(qǐng)求打開(kāi)設(shè)備deviceCode:1 請(qǐng)求關(guān)閉設(shè)備deciceCode:2 請(qǐng)求獲取當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)表3-3服務(wù)器與客戶(hù)端通信數(shù)據(jù)包格式數(shù)據(jù)包格式如下:報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 數(shù)據(jù)包格式的詳細(xì)說(shuō)明(1)報(bào)文類(lèi)型 : 表示誰(shuí)

41、跟誰(shuí)通信,大小為1byte報(bào)文類(lèi)型 表示誰(shuí)跟誰(shuí)通信 0 xaa AndroidAPP-A90 xffA9-AndroidAPP(2)功能號(hào) : 表示要干什么事情,大小為1byte 功能號(hào)(大小為1byte)用戶(hù)操作 0 x00用戶(hù)注冊(cè) 0 x01用戶(hù)登陸 0 x02忘記密碼 0 x21發(fā)送用戶(hù)原密碼 0 x03修改密碼 0 x04請(qǐng)求獲取溫度0 x05請(qǐng)求獲取濕0 x06請(qǐng)求獲取光照 0 x07請(qǐng)求獲取三軸數(shù)據(jù) 0 x08打開(kāi)關(guān)閉燈 0 x09打開(kāi)關(guān)閉風(fēng)扇 0 x0a打開(kāi)關(guān)閉門(mén) 0 x0b得到視頻文件 0 x0c獲取設(shè)備狀態(tài)(3)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度:數(shù)據(jù)包攜帶大小為 2byteJSON格式的數(shù)據(jù)（4）數(shù)

42、據(jù)內(nèi)容：JSON格式的字符串?dāng)?shù)據(jù)包3.2 數(shù)據(jù)采集端軟件設(shè)計(jì)3.2.1總體設(shè)計(jì)概述本套架構(gòu)設(shè)計(jì)是用于的Exynos 4412（Cortex-A9）與 LPC11C14（Cortex-M0）之間的程序設(shè)計(jì)的整體框架和數(shù)據(jù)的處理過(guò)程。這里采用的是“三次握手”的機(jī)制進(jìn)行可靠傳輸?shù)?，首先A9 通過(guò)發(fā)送操作請(qǐng)求數(shù)據(jù)包到M0完成相應(yīng)的用戶(hù)希望得到的操作，同時(shí)M0給 A9回復(fù)相應(yīng)的確認(rèn)包，表示M0已經(jīng)完成了這項(xiàng)操作，這樣就可以完成一次交互。具體實(shí)現(xiàn)如圖3-4：圖3-4 M0與A9通信的框架模型圖一 ：（1）設(shè)計(jì)思路：A9與 M0之間是用 ZigBee 來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，ZigBee 有兩個(gè)模塊，一個(gè)是協(xié)調(diào)器

43、，它與A9是通過(guò)串口相連接。另一個(gè)是終端，它與M0也是通過(guò)串口相連接。 所以我們通過(guò)讀和寫(xiě)串口的函數(shù)接口就可以得到我們想要的數(shù)據(jù)包。（2）設(shè)計(jì)講解：在圖中分別有發(fā)出的數(shù)據(jù)包和獲得數(shù)據(jù)包兩種包，這里的包是由之前我們自己定義的通信協(xié)議來(lái)決定的。圖中標(biāo)為淺藍(lán)色的字體，數(shù)據(jù)包是從M0發(fā)送到A9。紅色字體說(shuō)明處理的是溫濕度的數(shù)據(jù)包，當(dāng)A9請(qǐng)求M0發(fā)送溫濕度或者是光照的時(shí)候，M0 采集到溫濕度或光照的信息之后，通過(guò)寫(xiě)串口函數(shù)接口把數(shù)據(jù)寫(xiě)入ZigBee的寫(xiě)緩沖區(qū)中，終端ZigBee再通過(guò)從電磁波上分離出的數(shù)據(jù)包發(fā)送到協(xié)調(diào)器ZigBee，此時(shí)的協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)包搬移到串口的讀緩沖區(qū)，A9通過(guò)讀串口的函數(shù)接口獲取到

44、希望得到的傳感器數(shù)值。圖二 （1）設(shè)計(jì)思路：M0中程序的執(zhí)行邏輯，因?yàn)閿?shù)據(jù)都是通過(guò)串口來(lái)發(fā)送和獲取的，所以我們可以采用輪詢(xún)的方式來(lái)查詢(xún)終端ZigBee的讀緩沖區(qū)是否有A9數(shù)據(jù)包請(qǐng)求。如果有， 則解析這個(gè)數(shù)據(jù)包，從而做出客戶(hù)想要得到的操作效果；如果沒(méi)有，則需要溫度的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)（1ms）的寫(xiě)入終端ZigBee的寫(xiě)緩沖區(qū)中，目的是為了客戶(hù)可以隨時(shí)獲取和感知家里的溫度信息。（2）設(shè)計(jì)講解：在圖中的第一個(gè)分支，當(dāng)檢測(cè)到終端ZigBee的讀緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)，表 明客戶(hù)希望操作家里的硬件設(shè)備（風(fēng)扇、燈）或者是獲取當(dāng)前家里的溫濕度、光照信息。在這時(shí)M0就要解析這些從A9發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，完成客戶(hù)的操作后返回一個(gè)確認(rèn)包

45、，表明已經(jīng)完成此項(xiàng)操作。當(dāng)檢測(cè)到終端 ZigBee 的讀緩沖區(qū)中沒(méi)有數(shù)據(jù)，表明客戶(hù)沒(méi)有操作請(qǐng)求， 需要M0實(shí)時(shí)的將信息發(fā)送到終端 ZigBee的寫(xiě)緩沖區(qū)，再通過(guò)ZigBee把數(shù)據(jù)包發(fā)送到A9，實(shí)時(shí)的對(duì)周?chē)h(huán)境行監(jiān)控。M0模塊對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送與請(qǐng)求命令的解析過(guò)程如圖3-5：圖3-5 M0模塊對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送與請(qǐng)求命令的解析過(guò)程3.2.2 數(shù)據(jù)采集端M0與服務(wù)器端A9通信協(xié)議設(shè)置這里的協(xié)議是涉及的是M0與A9進(jìn)行通信的，這些協(xié)議是根據(jù)實(shí)際的硬件需要建立的比較簡(jiǎn)單的一個(gè)協(xié)議。如圖 表3-4,3-5：表3-4 .請(qǐng)求數(shù)據(jù)包格式1.請(qǐng)求數(shù)據(jù)包格式如下報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 設(shè)備編號(hào) 數(shù)據(jù)內(nèi)容 (1)報(bào)文類(lèi)型 : 表示誰(shuí)跟

46、誰(shuí)通信，大小為 1byte。 報(bào)文類(lèi)型 源端（發(fā)送端） 目標(biāo)端（接收端） 0 xdd Exynos4412（cortex-A9） LPC11C14（cortex-M0） (2)功能號(hào): 表示要干什么事情，大小為 1byte。 功能號(hào) 功能說(shuō)明0 x04 FS4412 請(qǐng)求 LPC11C14 控制燈0 x05 FS4412 請(qǐng)求 LPC11C14 控制風(fēng)扇0 x06 FS4412 請(qǐng)求 LPC11C14 控制門(mén)(3)設(shè)備編號(hào)：區(qū)分同類(lèi)的每個(gè)設(shè)備，大小為 1byte。如 LED1：0 x00；LED2：0 x01(4)數(shù)據(jù)內(nèi)容:數(shù)據(jù)大小溫度（1byte） 濕度（1byte） 三軸信息（3byte）

47、光照（2byte） 7byte 門(mén)禁狀態(tài)（1byte）: 0 x00 表示打開(kāi) 0 x01 表示關(guān)閉 1byte 燈光狀態(tài)（1byte）: 0 x00 表示打開(kāi) 0 x01 表示關(guān)閉 1byte風(fēng)扇狀態(tài)（1byte）: 0 x00 表示打開(kāi) 0 x01 表示關(guān)閉 1byte 表3-5應(yīng)答數(shù)據(jù)包格式2.應(yīng)答數(shù)據(jù)包格式如下報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 設(shè)備編號(hào) 數(shù)據(jù)內(nèi)容 (1)報(bào)文類(lèi)型: 確認(rèn)包,報(bào)文類(lèi)型固定為 0 xcc,占用 1 個(gè)字節(jié)。報(bào)文類(lèi)型 源端（發(fā)送端） 目標(biāo)端（接收端） 0 xcc LPC11C14（cortex-M0） Exynos4412（cortex-A9）(2)功能號(hào): 確認(rèn)的是什么事情

48、。功能號(hào)（1byte） 功能說(shuō)明0 x00LPC11C14 響應(yīng)溫度數(shù)據(jù)到 Exynos44120 x01LPC11C14 響應(yīng)濕度數(shù)據(jù)到 Exynos4412 0 x02LPC11C14 響應(yīng)光照數(shù)據(jù)到 Exynos44120 x03LPC11C14 響應(yīng)三軸數(shù)值到 Exynos44120 x04LPC11C14 響應(yīng)燈狀態(tài)到 Exynos44120 x05請(qǐng)求 LPC11C14 響應(yīng)風(fēng)扇狀態(tài) Exynos44120 x06請(qǐng)求 LPC11C14 響應(yīng)門(mén)的狀態(tài) Exynos4412(3)設(shè)備編號(hào)：區(qū)分同類(lèi)的每個(gè)設(shè)備，大小為 1byte。如 LED1：0 x00；LED2：0 x01(4)狀態(tài)

49、：成功還是失敗，占用 1 個(gè)字節(jié)。狀態(tài) 說(shuō)明0 x00門(mén)打開(kāi) 0 x01門(mén)關(guān)閉 0 x00燈打開(kāi) 0 x01燈關(guān)閉 0 x00風(fēng)扇打開(kāi) 0 x01風(fēng)扇關(guān)閉 3.3 Android客戶(hù)端軟件設(shè)計(jì)如圖3-6：所示，這個(gè)是整個(gè)客戶(hù)端軟件的功能展示與通信流程：圖 3-6 Android客戶(hù)端軟件模塊設(shè)計(jì)圖 3-7 是整個(gè)客戶(hù)端執(zhí)行流程：圖 3-7 Android客戶(hù)端執(zhí)行流程圖第五章 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與調(diào)試4.1 服務(wù)器A9模塊的數(shù)據(jù)接/發(fā)調(diào)試的相關(guān)過(guò)程展示依據(jù)前面對(duì)服務(wù)器與客戶(hù)端約定的協(xié)議進(jìn)行通信測(cè)試：表 4-1 注冊(cè)數(shù)據(jù)包收發(fā)格式注冊(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)包 APP向服務(wù)器A9發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 APPA9報(bào)文類(lèi)型

50、 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xaa 0 x00 APP 那邊發(fā)送 的JSON長(zhǎng)度用戶(hù)名，密碼,手機(jī)號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)包 A9向服務(wù)器APP發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 A9APP報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xff0 x002byte 狀態(tài)的JSON格式字符串?dāng)?shù)據(jù)內(nèi)容：“stateCode” : 0 成功 數(shù)據(jù)內(nèi)容：“stateCode” : 1 失敗圖 4-1 服務(wù)器端注冊(cè)測(cè)試表 4-2 登錄時(shí)數(shù)據(jù)包格式登錄發(fā)送數(shù)據(jù)包 APP向服務(wù)器A9發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 APPA9報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xaa0 x01 2byte userToken( 唯 一 標(biāo)識(shí)符號(hào))+狀態(tài)

51、注意:登陸成功后，服務(wù)器端需要給客戶(hù)端返回一個(gè) ID(唯一身份識(shí)別碼)。 客戶(hù)端去解析。userToken 為 JSON 格式的字符串。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 JSON 格式的數(shù)據(jù) 內(nèi)容長(zhǎng)度.數(shù)據(jù)內(nèi)容：“userToken”:”Qrt3T4”,“stateCode”： 0-登錄成功。 數(shù)據(jù)內(nèi)容：“userToken”:“null”,“stateCode”： 2-用戶(hù)名錯(cuò)誤 數(shù)據(jù)內(nèi)容：“userToken”:“null”,“stateCode”： 3-密碼錯(cuò)誤圖 4-2 服務(wù)器端登錄時(shí)測(cè)試表 4-3 找回密碼時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)格式忘記密碼發(fā)送數(shù)據(jù)包 APP向服務(wù)器A9發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 APPA9報(bào)文類(lèi)型 功能

52、號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xaa0 x02APP那邊發(fā)送的JSON長(zhǎng)度 用戶(hù)名，手機(jī)號(hào)碼APP 給服務(wù)端發(fā)送用戶(hù)名和手機(jī)號(hào)，服務(wù)端會(huì)通過(guò)用戶(hù)名和手機(jī)號(hào)生成一個(gè)唯一驗(yàn)證碼并將其與此用戶(hù)名對(duì)應(yīng)起來(lái)。圖 4-3 找回密碼時(shí)服務(wù)器端驗(yàn)證碼測(cè)試表 4-4 獲取溫濕度時(shí)數(shù)據(jù)收發(fā)格式獲取溫度發(fā)送數(shù)據(jù)包 APP向服務(wù)器A9發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 APPA9報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xaa0 x04APP 那邊發(fā)送 的JSON長(zhǎng)度用戶(hù)名 ，userToken服務(wù)器分配的數(shù)據(jù)內(nèi)容： “userName”:”Qrt3T4”,“userToken”: ”Qr5T4Y” , ”deviceNumber

53、”:0 發(fā)送數(shù)據(jù)包 A9向服務(wù)器APP發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 A9APP報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xff0 x04 FS4412發(fā)送的 JSON長(zhǎng)度溫度JSON字符串?dāng)?shù)據(jù)內(nèi)容：獲得到溫度并返回狀態(tài) “temperature ”：20,“stateCode”: 0 數(shù)據(jù)內(nèi)容：未獲取到溫度 “ stateCode” : 1 獲取濕度 發(fā)送數(shù)據(jù)包 APP向服務(wù)器A9發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 APPA9報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xaa0 x05APP 那邊發(fā)送 的JSON長(zhǎng)度用戶(hù)名 ，userToken服務(wù)器分配的數(shù)據(jù)內(nèi)容： “userName”:”Qrt3T4”,“us

54、erToken” : ”Qr5T4Y” ”deviceNumber”:0發(fā)送數(shù)據(jù)包 A9向服務(wù)器APP發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 A9APP報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xff0 x04 FS4412發(fā)送的 JSON長(zhǎng)度濕度JSON字符串?dāng)?shù)據(jù)內(nèi)容：獲得到濕度 “humidity” ：21,“stateCode” : 0 數(shù)據(jù)內(nèi)容：未獲取到濕度 “ stateCode” : 1 圖 4-4 獲取溫濕度時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)試表4-5 獲得光照數(shù)據(jù)收發(fā)格式獲取光照 發(fā)送數(shù)據(jù)包 APP向服務(wù)器A9發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 APPA9報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xaa0 x06APP 那邊發(fā)送

55、的JSON長(zhǎng)度用戶(hù)名 ，userToken服務(wù)器分配的數(shù)據(jù)內(nèi)容： “userName”:”Qrt3T4”,“userToken” : ”Qr5T4Y”, ”deviceNumber”:0 發(fā)送數(shù)據(jù)包 A9向服務(wù)器APP發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 A9APP報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xff0 x06 FS4412發(fā)送的 JSON長(zhǎng)度濕度JSON字符串?dāng)?shù)據(jù)內(nèi)容：獲得到光照 “l(fā)ight” ：300,“stateCode”: 0 數(shù)據(jù)內(nèi)容：未獲取到光照 “ stateCode” : 1 圖4-5 獲得光照數(shù)據(jù)測(cè)試表4-6 控制LED開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)收發(fā)格式控制LED燈 發(fā)送數(shù)據(jù)包 APP向服務(wù)

56、器A9發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 APPA9報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xaa0 x08APP 那邊發(fā)送 的JSON長(zhǎng)度0：開(kāi)燈 1：關(guān)燈數(shù)據(jù)內(nèi)容： “userToken”:”Qr5T4Y”,”deviceNumber”:0, “deviceCode” : 0, “userName”: ”Qrt3T4” -開(kāi)燈 “userToken”: ”Qr5T4Y” ,”deviceNumber”:0, “deviceCode” : 1,“userName”: ”Qrt3T4” -關(guān)燈發(fā)送數(shù)據(jù)包 APP向服務(wù)器A9發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 A9APP報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xff

57、0 x08APP 那邊發(fā)送 的JSON長(zhǎng)度狀態(tài)JSON格式的字符串 數(shù)據(jù)內(nèi)容：“stateCode”: 0,”deviceState”:0 用 戶(hù)操作成功 設(shè)備處于打開(kāi)狀態(tài) 數(shù)據(jù)內(nèi)容： “stateCode” : 1，deviceState:1 用 戶(hù)操作失敗 設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)圖4-6 控制LED開(kāi)關(guān)的測(cè)試表4-7 控制風(fēng)扇開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)收發(fā)格式控制風(fēng)扇 發(fā)送數(shù)據(jù)包 APP向服務(wù)器A9發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 APPA9報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xaa0 x09APP 那邊發(fā)送 的JSON長(zhǎng)度0：開(kāi)風(fēng)扇 1：關(guān)風(fēng)扇數(shù)據(jù)內(nèi)容： “userToken”:”Qr5T4Y”,“deviceC

58、ode” :0,“userNa me”: ”Qrt3T4”,”deviceNumber”:0-開(kāi)風(fēng)扇 “userToken”: ”Qr5T4Y” ,“deviceCode” :1,“userN ame”: ”Qrt3T4”,”deviceNumber”:0-關(guān)風(fēng)扇發(fā)送數(shù)據(jù)包 APP向服務(wù)器A9發(fā)送注冊(cè)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)流向 A9APP報(bào)文類(lèi)型 功能號(hào) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)內(nèi)容 0 xff0 x09APP 那邊發(fā)送 的JSON長(zhǎng)度狀態(tài)JSON格式的字符串 數(shù)據(jù)內(nèi)容：“stateCode”:0,”deviceState”:0 用戶(hù) 操作成功 設(shè)備處于打開(kāi)狀態(tài)數(shù)據(jù)內(nèi)容： “stateCode” : 1,”devi

59、ce圖4-7 控制風(fēng)扇開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)收發(fā)格式4.2 數(shù)據(jù)采集M0模塊的調(diào)試如圖4-8 光照傳感器測(cè)試：圖4-8 光照傳感器測(cè)試如圖 4-9 溫濕度傳感器測(cè)試：圖 4-9 溫濕度傳感器測(cè)試4.3客戶(hù)端測(cè)試展示圖 4-10 客戶(hù)端注冊(cè)圖 4-11 客戶(hù)端登錄圖 4-12 客戶(hù)端找回密碼圖 4-13 客戶(hù)端主界面第六章 總結(jié)反思整個(gè)系統(tǒng)選擇定位的就是一個(gè)輕量級(jí)別的輔助系統(tǒng)，所以在實(shí)際的開(kāi)發(fā)中也是很方便簡(jiǎn)單的，我參照的就是小米智能家居的模式，在實(shí)際的開(kāi)發(fā)中，模塊靈活的度高，拓展性較強(qiáng)。但是在實(shí)際的開(kāi)發(fā)的過(guò)程的時(shí)候，能夠參考的資料并不多。整個(gè)系統(tǒng)采用的是以路由器為核心的管理模式。但是問(wèn)題也來(lái)了，路由器中心論

60、從產(chǎn)品層面看，路由必須做到全天候在線監(jiān)控，對(duì)穩(wěn)定性要求無(wú)疑是極高的。從另一個(gè)角度講路由器這個(gè)東西是單一性質(zhì)的，本地中一般僅一個(gè)。這也意味著，你的產(chǎn)品好呢一切大吉，一旦一款產(chǎn)品不好，甚至整個(gè)產(chǎn)品鏈都會(huì)被消費(fèi)者拋棄。在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過(guò)程中，無(wú)論是傳統(tǒng)電商還是互聯(lián)網(wǎng)公司，他們都在做平臺(tái)推廣平臺(tái)，從而爭(zhēng)奪物聯(lián)網(wǎng)的話語(yǔ)權(quán)。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的在宜人家居的發(fā)展模式，可謂是仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智，他們認(rèn)為智能家居沒(méi)有天生的中心，也不會(huì)產(chǎn)生入口，它所提供給我們的是一個(gè)以服務(wù)為核心的架構(gòu)。在當(dāng)前市場(chǎng)背景下作為一個(gè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，能夠生存下去，要么賣(mài)服務(wù)要么賣(mài)產(chǎn)品，對(duì)于一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)科技公司，我們能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)提供什么樣的優(yōu)質(zhì)服務(wù)?。孔鐾茝V服務(wù)的時(shí)代已經(jīng)是活不下去了，對(duì)于硬件產(chǎn)品的投入的也是遙遙無(wú)期的，單純農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的硬件投入是不科學(xué)的，無(wú)論是從使用價(jià)值上還是現(xiàn)實(shí)的技術(shù)條件都是一蹴而就的。生活是生命的一部分，工作是生活的一部分。這些硬件僅僅是工作的一部分，家電卻是是我們優(yōu)質(zhì)生活的一部分，在追求優(yōu)質(zhì)的生活的時(shí)候必須考量的因素，但是對(duì)于這些物聯(lián)網(wǎng)硬件來(lái)說(shuō)也僅僅是你工作的一部分，只要能夠高效的輔助工作我們?cè)趯?shí)際的理念上已經(jīng)屏蔽掉的具體硬件的選擇。所