基于LoRa技術(shù)的實驗室門窗報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計

2.4.1系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

根據(jù)本文中基于LoRa技術(shù)的實驗室門窗報警系統(tǒng)的設(shè)計要求，對該系統(tǒng)進行功能模塊設(shè)計，

其功能如圖所示:

基于LoRa技術(shù)的實驗室門窗報警系統(tǒng)的功能模塊主要包括硬件傳感器模塊，網(wǎng)關(guān)模塊，云服務(wù)器和檢測系統(tǒng)。硬件傳感器模塊包含窗磁傳感器模塊和人體紅外傳感器模塊，它們對門口窗戶進行人員出入實時檢測，是系統(tǒng)的感知部分，LoRa網(wǎng)關(guān)模塊對傳感器傳回的數(shù)據(jù)進行整理傳送給服務(wù)器，是系統(tǒng)的通信部分。電腦通過internet或者Wi-Fi對云服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進行調(diào)用。

2.4.2系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于LoRa技術(shù)的實驗室門窗報警系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖，通過在實驗室門窗現(xiàn)場進行傳感器布置來對環(huán)境進行實時監(jiān)測收集信息。然后通過lora無限網(wǎng)絡(luò)將感知節(jié)點的數(shù)據(jù)信息傳送給lora網(wǎng)關(guān)然后通過網(wǎng)關(guān)內(nèi)在的轉(zhuǎn)換協(xié)議進行轉(zhuǎn)換在發(fā)送到云服務(wù)器，PC端通過網(wǎng)絡(luò)在對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進行調(diào)用，存儲。

2.5系統(tǒng)工作原理

前段采集模塊首先判斷PC端有無獲取命令發(fā)過來，若檢測到獲取命令，則執(zhí)行獲取命令一次，采集前端傳感器的相應(yīng)狀態(tài)及數(shù)值，并通過LoRa模塊將檢測到的傳感器狀態(tài)及數(shù)值發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)在將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到云服務(wù)器，PC端通過網(wǎng)絡(luò)連接云服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)并顯示；若沒有檢測到獲取命令，前端測量器件將進行循環(huán)測量并采集傳感器的狀態(tài)及數(shù)值，將前端狀態(tài)及數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)模塊，網(wǎng)關(guān)根據(jù)傳輸協(xié)議，將數(shù)據(jù)傳送到云服務(wù)器進行存儲。PC端在獲取數(shù)據(jù)后進行數(shù)據(jù)對比，若安全則直接存入數(shù)據(jù)庫，若不安全則發(fā)出警報在存入數(shù)據(jù)庫

本設(shè)計采用的是銳米網(wǎng)關(guān)，型號為RGWC490LA-GST,外觀如圖所示。LoRaWAN網(wǎng)關(guān)是連接傳感器節(jié)點和互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的紐帶，可以實現(xiàn)LoRa協(xié)議與不同類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(以太網(wǎng)或WiFi)的轉(zhuǎn)換。LoRaWAN網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)TCP/IP協(xié)議與服務(wù)器進行通信。TCP/IP協(xié)議是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的協(xié)議，它不依賴于任何特定的計算機硬件或操作系統(tǒng)，提供開放的協(xié)議標準，而且也不依賴于特定的網(wǎng)絡(luò)傳輸硬件，所以TCP/IP協(xié)議能夠集成各種各樣的網(wǎng)絡(luò)，是連接硬件和軟件的實用工具。

4）兼容性:完全兼容LoRaWAN, 內(nèi)含的協(xié)議可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為wifi或TCP/IP傳輸至服務(wù)器端。

本實驗使用的是商業(yè)人體紅外探測器傳感器，通信方式為IO電平通信，型號為PA-465。在實際的使用過程中，人體紅外探測器傳感器通信接口默認為電平位高，當(dāng)人體紅外探測器傳感器監(jiān)測到紅外光信號發(fā)生變化時，人體紅外探測器傳感器會發(fā)出報警同時通訊接口電平被拉低，報告節(jié)點發(fā)現(xiàn)有人經(jīng)過。

人體紅外探測器傳感器的通信協(xié)議定義如下表所示：

表1 人體紅外傳感器通信協(xié)議定義

本實驗使用商業(yè)窗磁探測器傳感器，通信方式電平觸發(fā)，型號為 ZY-CC001xIO。在實際的使用工程中，窗磁探測器傳感器通信接口默認電平位低，當(dāng)窗磁探測器傳感器監(jiān)測到窗體被打開時，窗磁探測器傳感器會發(fā)出報警同時通訊接口電平被拉高，通知ZXBee Lite 節(jié)點發(fā)現(xiàn)

LoRaWAN網(wǎng)關(guān)是連接傳感器節(jié)點和互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的紐帶，可以實現(xiàn)LoRa協(xié)議與不同類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(以太網(wǎng)或WiFi)的轉(zhuǎn)換。LoRaWAN網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)

TCP/IP協(xié)議與服務(wù)器進行通信。TCP/IP協(xié)議是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的協(xié)議，它不依賴于任何特定的計算機硬件或操作系統(tǒng)，提供開放的協(xié)議標準，而且也不依賴于特定的網(wǎng)絡(luò)傳輸硬件，所以TCP/IP協(xié)議能夠集成各種各樣的網(wǎng)絡(luò)，是連接硬件和軟件的實用工具。

基于LoRa技術(shù)的實驗室門窗報警系統(tǒng)的軟件部分采用C#作為開發(fā)語言，使用VisualStudio 2012作為開發(fā)工具，數(shù)據(jù)庫采用SqlSever 2012作為開發(fā)工具，SQL作為查詢語言。

C#編程語言是2010年由微軟公司的Anders Hejlsberg和 ScottWillamette領(lǐng)導(dǎo)的開發(fā)小組專門為.NET平臺設(shè)計的語言，它可以使程序員移植到.NET上。這種移植對于廣大的程序員來說是比較容易的，因為C#從C，C++和Java發(fā)展而來，它采用了這三種語言最優(yōu)秀的特點，具有面向?qū)ο笥嬎銠C語言所具有的包裝、繼承和多態(tài)的特性，是一個徹底的面向?qū)ο蟮挠嬎銠C語言。C#語言可以創(chuàng)建Windows應(yīng)用程序、Windows控制臺應(yīng)用程序、Web應(yīng)用程序和Web服務(wù)。另外C#語言運行的開發(fā)環(huán)境是微軟的.NETFramework, .NET Framework是萬軟面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)和運行平臺。Visual Studio 2012是美國微軟公司推出基于.NET Framework4.5的開發(fā)工具包，是市場上目前用于開發(fā)Windows應(yīng)用程序比較流行的開發(fā)環(huán)境。

SQL Server 是一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它最初是由Microsoft Sybase 和Ashton-Tate三家公司共同開發(fā)的，于1988年推出了第一個OS/2 版本。隨著不斷完善依次推出了2005版本，2008版本，2012版本2015版本。真正達到客戶機/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，圖形化用戶界面，是系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)庫管理更直觀和簡單。C#語言對數(shù)據(jù)庫訪問的通信橋梁是.NETFramework中用于數(shù)據(jù)庫訪問組建(ActiveX Data Objects.ADO)。SQL是與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行通信的標準數(shù)據(jù)庫語言，具有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)操縱功能，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的查詢、修改、更新和刪除。

數(shù)據(jù)庫是上位機的核心部分，數(shù)據(jù)庫建立的不合理會增加數(shù)據(jù)冗余，增加上位機開發(fā)的難度，所以要建立適合自己的數(shù)據(jù)庫，才能更好的使用上位機。上位機的數(shù)據(jù)庫名字為FDXT.mdb,

上位機軟件使用SQL Server2005數(shù)據(jù)庫，在進行軟件設(shè)計的時候需要對數(shù)據(jù)庫進行設(shè)計。

1）  用戶信息表(tb_user)

用戶信息表負責(zé)存儲用戶名字，用戶ID賬號和密碼信息，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表所示。

2）  窗磁信息表(tb_date1)

3）人體紅外信息表(tb_date2)

3）  程序入口定義

在C#軟件中連接該數(shù)據(jù)源需要寫一些連接代碼，關(guān)鍵代碼如下：

1）  測試內(nèi)容

本文硬件方面主要是進行理論性研究，因此主要測試的內(nèi)容就是對軟件方面的測試，主要測試軟件是否正確，軟件功能是否滿足要求。

2）測試目的

明確實驗室門窗報警系統(tǒng)是否具有安全性，合法性以及對數(shù)據(jù)信息是否具有保密性。除此之外還要驗證是否滿足需求，并根據(jù)測試出的問題來完善需求，不斷優(yōu)化原系統(tǒng)，以確保軟件的安全和質(zhì)量。

3）測試方法

測試方法是指對軟件的測試方法。對于不同類型的軟件需要用不同的測試方法，只有針對性測試，才能得出更好的結(jié)論。目前網(wǎng)上常用的測試方法有白盒測試和黑盒測試。黑盒測試指的是把被測軟件看成一個黑盒子，不關(guān)心它的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，只在意軟件的輸入數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果，所以黑盒測試就是軟件功能測試。白盒測試則和黑盒測試相反，是結(jié)構(gòu)邏輯上的測試。根據(jù)本系統(tǒng)的功能以及需求等，測試方法選擇了黑盒測試，在知道軟件系統(tǒng)的功能及需求的條件下，從用戶的角度，通過對數(shù)據(jù)的輸入與輸出來檢測程序接口功能是否正常，將程序看做一個整體，不需要考慮系統(tǒng)內(nèi)部代碼邏輯結(jié)構(gòu)，主要對界面以及功能測試。黑盒測試的結(jié)果相對來說比較直觀，對后期系統(tǒng)的維護與完善具有很大的幫助。

4）測試步驟

5）測試總結(jié)

對于本次的黑盒測試結(jié)果，實例測試的實際結(jié)果與期望結(jié)果完全相同。從測試結(jié)果來看，基于LoRa技術(shù)的實驗室門窗報警系統(tǒng)的模塊鏈接沒有問題�？梢詫崿F(xiàn)最初的設(shè)計想法，并且在一定程度上可以滿足用戶的功能需求。后期將學(xué)習(xí)和了解更多的專業(yè)知識，不定期的進行測試和維護，記錄測試結(jié)果，不斷優(yōu)化系統(tǒng)。