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【21ic第二届设计大赛】+无线网络采集监控系统 基于云平.....

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源和|  楼主 | 2018-7-30 12:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。
、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有下位机检测传感器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11. [基本项目]2. [基本项目]                                         

图1 系统框图

图1 系统框图

                                                     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21. [基本项目]2. [基本项目]
                                                                  

图2 系统描述图

图2 系统描述图


                                                                           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

图3 系统初始化图

                                                      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

图4 系统工作图

                                                      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

图5 节点1界面图

                                                                            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

图6 温湿度数据验证图

                                                                            图6  温湿度数据验证
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7 节点3界面

                                                                             图7  节点3界面图

图8 节点3存在性可创建性验证图

图8 节点3存在性可创建性验证图

                                        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9 手机APP界面图

                                                       图9  手机APP界面图

图10 节点1相关设备小智V2APP图

图10 节点1相关设备小智V2APP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11 节点1APP界面图形曲线图

                                                                             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12 节点3相关设备小智数据APP界面图

                                                                              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

图13 节点3APP界面图形曲线图


                                                                              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14 收到邮件界面图

                                                                              图14  收到邮件界面图

图15 邮件内容界面图

图15 邮件内容界面图

                                                 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16 程序部分截图

                                                                             图16  程序部分截图

图17 部分硬件截图

图17 部分硬件截图

                                                    图17  部分硬件截图
                                                                          
视频播报连接
https://v.youku.com/v_show/id_XMzc1NzAxMDQ4NA==.html

评论区也有,直接点击即可观看评论区也有英文翻译
If you want to see an English video, look at the review area。










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21ic小喇叭 打赏了 10.00 元 2018-08-28

评论
源和 2018-8-20 09:37 回复TA
@AYANH :评论区有视频和系统最新版3D图哦,亲,欢迎观看! 
源和 2018-8-20 09:25 回复TA
@AYANH :谢谢你支持 
AYANH 2018-8-20 09:20 回复TA
基本功能都差不多实现了,数据也比较齐全。图案还算多,文字还算详细。哎呦,不错! 

相关帖子

21小跑堂| | 2018-8-1 11:10 | 显示全部楼层

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源和 2018-8-1 22:55 回复TA
开始在节点1,然后下载程序改设备ID上传数据到节点3,相当演示了两个样机。 
源和|  楼主 | 2018-8-3 10:51 | 显示全部楼层

English video
http://v.youku.com/v_show/id_XMzc2MDkxNTIzNg==.html


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源和|  楼主 | 2018-8-20 09:31 | 显示全部楼层
最新版3D图

最新版3D图

最新版3D图

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源和|  楼主 | 2018-7-31 21:02 | 显示全部楼层

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源和|  楼主 | 2018-8-1 11:15 | 显示全部楼层

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源和|  楼主 | 2018-8-3 11:10 | 显示全部楼层
还会继续更新,敬请期待!

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源和 2018-8-8 19:30 回复TA
评论区也精彩,内容也丰富。 
DIY板块
希望楼主体现出DIY部分

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源和 2018-8-6 11:00 回复TA
如果你认为这个偏比赛,但事实这个就是个DIY比赛。绝对原创作品。 
源和 2018-8-6 10:58 回复TA
该系统95%都我自己做,硬件、程序。 根据DIY定义,DIY是“Do It Yourself”的英文缩写。最初兴起于电脑的拼装,逐渐演绎成为一种流行生活方式。简单来说,DIY就是自己动手制作,没有专业资质的限制,想做就做是每个毛毛匠人都可以利用DIY做出一份私人订制表达自我的“产品”来。 该系统符合DIY。 
源和|  楼主 | 2018-8-6 10:48 | 显示全部楼层
咕噜咕噜小泡泡 发表于 2018-8-5 10:21
DIY板块
希望楼主体现出DIY部分

不理解你定义的DIY,这整个系统除了LED小部分控制是借助了麒麟板,其余硬件,软件都是我自己做。请问有什么不符合DIY?

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源和 2018-8-6 11:01 回复TA
关于这个我在视频及文字都有详细说明。 
源和|  楼主 | 2018-8-8 18:33 | 显示全部楼层
1)项目方案的构想和实施计划;
项目方案的构想,请看文字与图
基于云平台智能监测系统——小智
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。
系统框图.png

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源和|  楼主 | 2018-8-8 18:44 | 显示全部楼层
2)硬件设计过程分享
使用ALTIUM DESIGNER软件进行系统电路设计

Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统,主要运行在Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合,为设计者提供了全新的设计解决方案,使设计者可以轻松进行设计,熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。

这个软件比较好用,推荐。
部分硬件截图.png

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源和|  楼主 | 2018-8-8 19:21 | 显示全部楼层
3)搭建平台
对于云平台进行构建
1、进行产品创建
2、添设备
3、添节点。等等

创建产品图

创建产品图

创建设备图

创建设备图

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源和|  楼主 | 2018-8-8 19:27 | 显示全部楼层
4)程序设计
程序使用KEIL软件编写。

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(μVision)将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

这个软件使用C语言进行编程,适合初学者。
程序部分截图.png

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源和|  楼主 | 2018-8-8 19:28 | 显示全部楼层
源和 发表于 2018-8-3 11:10
还会继续更新,敬请期待!

更新部分请看评论区。

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源和|  楼主 | 2018-8-9 10:09 | 显示全部楼层
5)调试流程;
调试主要为程序,程序方面写了很久,特别有关连接ONENET服务器那部分。

1、相关IO必须先检查。

2、程序规范格式,不然写着你就不想看了。

3、有必要程序进行注释。

程序部分截图.png

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源和|  楼主 | 2018-8-9 10:21 | 显示全部楼层
6)作品展示、制作心得和总结等。
请看本贴具体内容。

制作心得和总结
DIY是不错的选择,比较锻炼制作能力,动手能力。也与个人的小科学制作想法比较切合。

很感谢21IC DIY比赛,很喜欢这个比赛。



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源和|  楼主 | 2018-8-9 10:25 | 显示全部楼层
本帖最后由 源和 于 2018-8-9 10:26 编辑

7)视频展示(能录制一段展示视频的有加分哦~)
请看本贴具体内容,有视频展示。

有中文解说,中文版。
考虑到外国友人,也制作了英文版字幕。欢迎观看视频,提出你们宝贵的见解。谢谢各位观看!

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源和|  楼主 | 2018-8-9 10:31 | 显示全部楼层
@21小跑堂 @21ic小喇叭 更新基本完成,争取在前10名完成,哈哈。

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源和 2018-8-14 15:09 回复TA
@21ic小喇叭 :哈哈,萌萌哒 
21ic小喇叭 2018-8-14 07:52 回复TA
看到啦~ 
源和|  楼主 | 2018-8-9 10:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 源和 于 2018-8-9 10:37 编辑

请多多指教!

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源和 发表于 2018-8-9 10:31
@21小跑堂 @21ic小喇叭 更新基本完成,争取在前10名完成,哈哈。

已经10几名了   

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源和 2018-8-9 14:56 回复TA
没有那没事,谢谢担心! 
源和 2018-8-9 14:49 回复TA
请仔细看完成时间和内容,就知道,我还有机会! 
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