基于多传感器的物联网监测系统设计与实现

摘要

近年来，物联网的发展进入了新的阶段，越来越多的物联网产品开始进入人们的视野并被人们所青睐，物联网正在给人们的生活带来越来越重大的影响。一些产品借助传感器设备采集周围环境的数据并通过硬件设备来显示实时结果，如温湿度传感器通过LCD液晶显示屏显示数值、红外传感器通过LED灯给出反馈，这使得人们能够更加深刻地感知周围环境。但是，硬件设备呈现实时结果会出现一些问题，比如要获取传感器当前状态需要近距离观察传感器、传感器无法和外界进行数据通信、单个传感器功能有限。为了解决上述这些问题，本文提出一种基于多传感器的物联网监测系统。
　　本文提出的多传感器的物联网监测系统，采用类似于TCP/IP的协议栈，从结构上说，从底层到上层依次包含传感器部分、网关、数据服务器和监控端。传感器部分采集周围环境的实时数据;网关主要实现传感器数据的传输和处理，为保证传输的可靠性，传输过程使用TCP协议，传感器部分发到网关的数据由网关进行阈值判断和进一步处理，网关程序运行在树莓派的Linux系统上;数据服务器主要实现跨网段通信，运行在Windows系统上;监控端使用了UI界面，用实时曲线呈现传感器的实时数据，用信号灯给出报警提示，它运行在Windows系统上。过去系统中，传感器和PC之间的通信借助了串口。为了解决连线繁多的问题并提升系统扩展性，本系统将传感器连接到带有WiFi功能的开发板，设计程序实现开发板的网络连接和数据通信。为了突破局域网距离的限制，本文利用数据服务器对数据报文进行中转，实现跨网段通信。
　　本文对水位传感器和其他几个传感器进行了实验，通过UI界面能够监测到传感器实时数据和反馈结果，实验结果和预期一致。实验中所涉及传感器的开发在实际中也具有一定的应用前景。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景

1．2 国内外研究觋状

1．3 本文研究内容和结构组织

第2章 相关技术

2．1 Arduino程序设计

2．2 WiFi通信

2．3 I／O复用机制

2．4 跨网段通信

2．5 本章小结

3．1 系统架构

3．2 传感器部分

3．3 网关

3．4 开发板和网关通信

3．5 数据服务器

3．6 监控端

3．7 本章小结

第4章 监测系统的详细设计和实现

4．1．1 硬件设备

4．1．2 Arduino程序开发

4．1．3 开发板联网和通信

4．2 网关程序设计与实现

4．2．1 传感器交互模块

4．2．2 数据服务器交互模块

4．2．3 部分报文处理模块

4．2．4 轮询模块

4．3 开发板和网关通信

4．3．1 模拟传感器程序

4．3．2 通信可靠性研究

4．4 数据服务器

4．4．3 报文处理模块

4．5．1 报文解析

4．5．2 异常报警

4．5．3 实时曲线

4．6 本章小结

第5章 实验结果与截图

5．1 测试环境

5．2 系统测试

5．3 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢