【21ic第二届设计大赛】+无线网络采集监控系统基于云平.....

只看该作者 · 2018-7-30 12:54

本帖最后由源和于 2018-8-8 18:48 编辑

【21ic第二届设计大赛】+无线网络采集监控系统基于云平台智能监测系统——小智设计目标:
一、总览：设计一个信息采集监控系统，采用wifi无线通信相互连接，实现对多点采集点的信息收集与监控。
二、检测部分：监测室内空气质量，测CO，甲醛有害气体浓度。温湿度。
三、安防部分：系统具备防盗功能，用户可设置防盗模式，进行防盗。
四、控制部分：云平台对系统控制，语音对系统进行控制，手动防盗。
五、语音交互部分：系统具有语音控制、语音播报功能。语音对系统运行状态进行播报等。
设计题目
基于云平台智能监测系统——小智

1. [基本项目] 设计一个信息采集监控系统，采用无线通信相互连接，实现对多点采集点的信息收集与监控。

基于云平台智能监测系统，采用WIFI通信，多节点采集与控制。

2. [基本项目] 目标系统框图：

系统由一个中央控制台（右边）与多个节点（左边）组成.组网方式宜采用低功耗/长距离的通信方式，如LoRa/SigFox，或者其它协议。中央控制台与节点的通信距离要长于50米。中央控制台的功耗不做要求，但是越低越好。中央控制台可以采用PC扩展,也可以使用其他带显示+输入的任何的任何系统扩展。样机中节点数最少2个，系统要设计为能扩展至少8个节点。

满足基本项目要求：

一、系统框图如图1，下拉查看。

系统由一个云端中央控制台（右边）与多个节点（左边）组成.各个节点与云控制系统组网方式采用WIFI长距离的通信方式，通过WIFI进行数据传输&控制，HTTP、EDP协议。

二、系统通信范围，全国覆盖有WIFI等网络地方。

三、系统同时具有OLED屏，手机APP，网页端多种查看方式可支持实时查看。

四、样机2个节点，更改设备ID即可切换为其他设备，扩展数大于8，轻松实现多点检测。

3. [基本项目] 无线通信要实现双向通信，平时节点间歇地向中央控制台发送采集的信息(温度，湿度，光线，空气质量等等)。中央控制台也可以至少控制每个节点的一个IO口（比如使用LED表示控制状态）。双向通信可以采用单/双通信模块实现,最好使用单通信模块实现。节点之间可以不实现互相通信。

满足基本项目要求：

系统具备双向通信，每5秒为周期上传数据到云端（温度、湿度、CO2浓度、防盗情况、灯状态），云端可通过网页，或手机APP对各个节点进行数据查看与控制系统LED状态。采用ESP8266 WIFI通信模块。

4. [基本项目] 中央控制台平时能通过图表(如曲线的形式)实时显示采集的数据。节点到中央控制台的信息发送至少要达到0.2Hz(即上传数据间隔最多为5秒一次)。节点的数据与中央控制台显示的延迟越短越好。

满足基本项目要求：

云平台具有功能对于数据进行统计，绘制曲线图，柱状图，饼图等多种图形，直观形象。节点到云端中央控制台发送数据上传时间5秒为周期。

5. [基本项目] 中央控制台要有输入手段，控制每个节点的至少一个IO口。控制频率至少为5秒一次，控制延迟不超过2秒。

满足基本项目要求：

云端中央控制平台采用按钮控件对下位机LED进行控制，反应时间为小于两秒可通过PC电脑网页端、手机APP进行控制和查看实时数据。

6. [基本项目] 节点采用电池供电，功耗至少能达到：两节5号电池能使用一天以上，功耗越低越好，节点能上传当前节点电量。

一、采用充电宝对系统进行供电，有电量显示屏。

二、OLED显示屏在需要查看时，由用户实时开启。可节约因屏幕常亮造成不必要浪费那部分能源。云端中央控制平台由OneNet进行数据处理与保存不会耗费用户电量，仅有下位机检测传感器和WIFI通信模块耗电（关显示屏。）

7. [加分项目]

系统要显示可扩展性、可配置性，如可以动态增加减少节点。
满足项目要求：云端中央系统可随时通过网页对系统设备任何节点进行动态删减、增添信设备节点。
节点有两种工作方式：正常工作方式/低功耗方式（仅仅监听主机的控制指令）。
满足项目要求：OLED显示屏在需要查看时，由用户实时开启。可节约因屏幕常亮造成不必要浪费那部分能源。在关了OLED屏幕，下位机系统。
数据可以保存文本或者数据库形式，传输到其他存储体上（如每天备份当天数据到SD卡）。
满足项目要求：由OneNet本系统云端中央控制平台进行数据处理与保存，云储存。用户可通过时间查询任何时间段系统数据，很便捷。
中央控制台能与互联网通信，如将数据上传到云上，在网页上显示实时数据。
满足项目要求：由系统下位机通过WIFI通信将数据（温度、湿度、CO2浓度、防盗情况、灯状态），上传OneNet云，在本系统网页以曲线图，柱状图，饼图等多种图形将数据实时显示。
中央控制台可以根据采集值定制自动控制Policy（如采集值高于某点，低于某点自动发送IO控制命令，并且在中央控制台显示报警）。
满足项目要求：云端中央控制系统可设置阀值触发，如采集值高于开发者设定阀值点，在两秒内发送邮件到指定用户邮箱，并且在中央控制台以邮件方式显示报警。
节点可以按照一定的作息切换工作模式与低功耗模式，如采集光线的应用可以仅仅在8:30-20:30工作，其余时间段低功耗。该作息Policy可以配置。
满足项目要求：系统可由用户设置防盗模式，解除防盗模式。为用户带来份安全感。
其他参数上的优化。
满足项目要求：本系统具备语音交互功能，下位机具有语音识别功能，用户可通过语音识别进行控制屏幕等。语音播报功能，通过语音播报反馈系统运行状态给用户，不需观看屏幕也能了解系统工作状态。如系统检测参数超限，通过语音播报反馈。

基于云平台智能监测系统——小智系统展示请于下文查看高清图片
1，先带来系统的结构框图，对系统进行结构性描述。如图1。1. [基本项目]2. [基本项目]

图1 系统的结构框图
2，系统的描述图，图片文字有对系统较为详细描述，如图2。1. [基本项目]2. [基本项目]

图2 系统的描述图
3，系统初始化图，系统初始化时，先由语音播报模块控制音响进行语音播报：“系统初始化”。系统初始化完成会播报：“你好，小智！”。系统初始化oled屏，温湿度传感器，二氧化碳传感器等外设，还有入网配置，进行连接云端。如图3。1. [基本项目]、2. [基本项目]、7. [加分项目]

图3 系统初始化图
4，系统工作图，进入系统开始进行正常运行，开始屏幕会自己息屏，这样可节约大量由屏幕消耗的电量。传感器检测温湿度、CO2浓度、时间、是否开启防盗、LED是否开启。语音识别开启屏幕进行查数据。如图4。1. [基本项目]、2. [基本项目]、3. [基本项目]、4. [基本项目]、5. [基本项目]、6. [基本项目]、7. [加分项目]

图4 系统工作图
5，节点1界面图，图5显示节点1的云端PC电脑网页数据，有曲线图、有饼图、按钮等图形，可设置单位（在图6有设置，这个没设置）。还有其他控件可选择如旋钮，柱状图等，制作简单方便。数据5秒为周期上传云端，PS:图5、图7为了截图系统而重新给系统上电还没稳定，数据时间还没稳定。很快即稳定在4~5秒间。视频和其他有证实。如图5。1. [基本项目]、2. [基本项目]、3. [基本项目]、4. [基本项目]、5. [基本项目]、7. [加分项目]

图5 节点1界面图
6，温湿度数据验证图，时间真实正确性在视频中验证，图6验证了温湿度真实，准确性。C02浓度不太容易验证。关于LED灯控制反应时间为两秒内视频中验证，其他数据在视频中验证。如图6。
1. [基本项目]、2. [基本项目]、3. [基本项目]、4. [基本项目]、5. [基本项目]、7. [加分项目]

图6 温湿度数据验证图
7，节点3界面图，节点3存在性可创建性验证图。更改设备ID即能实现切换设备，也就是不同设备的相关节点使用不同ID。由此，样机实现了两个，也说明了系统扩展设备数不止8个。关于删减一键完成。证实了前文所说样机2个节点，更改设备ID即可切换为其他设备，扩展数大于8。图7、图8。1. [基本项目]、2. [基本项目]、3. [基本项目]、4. [基本项目]、5. [基本项目]、7. [加分项目]

图7 节点3界面图

图8 节点3存在性可创建性验证图
8，手机APP界面图、节点1相关设备小智V2APP图、节点1APP界面图形曲线图、节点3APP界面图形曲线图、节点3相关设备小智数据APP界面图。相关设备小智V2APP图中展示了更多数据，图形界面没有做防盗显示，但数据也有，会更新贴更全界面图。这些图说明了手机APP界面没问题。如图9、10、11、12、13.。1. [基本项目]、2. [基本项目]、3. [基本项目]、4. [基本项目]、5. [基本项目]、7. [加分项目]

图9 手机APP界面图

图10 节点1相关设备小智V2APP图

图11 节点1APP界面图形曲线图

图12 节点3相关设备小智数据APP界面图

图13 节点3APP界面图形曲线图
9，收到邮件界面图、邮件内容界面图。证实了前文所说云端中央控制系统可设置阀值触发，如采集值高于开发者设定阀值点，在两秒内发送邮件到指定用户邮箱，并且在中央控制台以邮件方式显示报警收如图14、图15。7. [加分项目]

图14 收到邮件界面图

图15 邮件内容界面图
10，程序部分截图。感受哈工程量。程序95%或以上为原创,单机使用STC15W4K56S4（正是因为使用15单片机,连接OneNet那部分程序写用了特别多时间，这部分也是最难。）。该同学大二，请多指教，谢谢。

图16 程序部分截图

图17 部分硬件截图

视频播报连接
https://v.youku.com/v_show/id_XMzc1NzAxMDQ4NA==.html

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