物聯(lián)網(wǎng)專題實踐tinyos傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)圖書館座位管理系統(tǒng)

1、無線與傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗實驗報告題 目基于TinyOS光感傳感器的圖書館座位管理系統(tǒng)學 院計算機學院專 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程班 級學 號姓 名指導教師完成日期 一、項目背景及應用前景TinyOS具有微型化、支持輕量級并發(fā)操作、靈活、低功耗等優(yōu)點，已經(jīng)被成千上萬的研發(fā)人員采用，應用于范圍廣闊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。每個TinyOS程序至少應該具有一個用戶組件，該用戶組件通過接口調(diào)用下層組件提供的服務(wù)，實現(xiàn)程序的功能，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)收發(fā)等。用戶組件的開發(fā)為TinyOS程序設(shè)計的重點。TinyOS提供一些常用組件，如執(zhí)行組件、傳感器組件、通信組件。執(zhí)行組件用于控制LED指示燈、繼電器、步進電機等硬件模塊

2、；傳感器組件用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫度、亮度等；通信組件則實現(xiàn)與其它節(jié)點通信。TinyOS提供兩種通信組件：通過無線電收發(fā)器通信的組件和通過UART口通信的組件，后者則應用于槽節(jié)點中。硬件抽象層對上層組件屏蔽了底層硬件的特性，從而實現(xiàn)上層組件的硬件無關(guān)性，以方便程序移植。2、 功能描述本組選題為基于TinyOS光感傳感器的圖書館座位管理系統(tǒng)程序啟動后，節(jié)點終端有規(guī)律的在一段時間內(nèi)接收光感信號，如果處于接收時段收到一個遮掩信號，則向中轉(zhuǎn)節(jié)點發(fā)送一個代表有人的信息包，否則發(fā)送一個代表無人的信息包，然后通過串口與PC連接，使用監(jiān)聽工具對應的在PC上表示出有人或者無人的信息三、結(jié)構(gòu)描述通信結(jié)構(gòu)從通信的結(jié)

3、構(gòu)來說，系統(tǒng)共分為3個部分：終端節(jié)點收發(fā)數(shù)據(jù)，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)讓某個燈亮；中轉(zhuǎn)節(jié)點中轉(zhuǎn)計算機端和終端節(jié)點收發(fā)的數(shù)據(jù)；計算機端接收到中轉(zhuǎn)節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)并進行處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念如圖3-1所示。 圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念圖四、系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)本系統(tǒng)由三個部分組成：計算機端、1個中轉(zhuǎn)節(jié)點和4個終端節(jié)點。系統(tǒng)具體設(shè)計為：計算機端從程序一開始的時候，通過中轉(zhuǎn)節(jié)點分別向四個節(jié)點發(fā)送reset信息，終端節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后把所有座位置為空，終端節(jié)點定期檢測光強變化，并判斷是否有人占據(jù)座位，相應的改變亮燈位置，向中轉(zhuǎn)節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，計算機端通過端口監(jiān)聽得到數(shù)據(jù)并進行處理，并在屏幕上顯示。4.1 終端節(jié)點終端節(jié)點是我們進行

4、效果演示的部分。它負責發(fā)數(shù)據(jù)，感應外界對它進行的操作（光感強度的變化）。實現(xiàn)這個部分的功能代碼如下：void sendToHost(uint16_t operate) if (!busy) Msg* btrpkt = (Msg*)(call Packet.getPayload(&pkt,sizeof(Msg); if (btrpkt = NULL) return; btrpkt->nodeid = TOS_NODE_ID; btrpkt->operate = operate; if (call AMSend.send(AM_BROADCAST_ADDR, &pkt,

5、 sizeof(Msg) = SUCCESS) busy = TRUE; void succeed() call Leds.led1On(); sendToHost(2); void failed() call Leds.led1Off(); sendToHost(1); 表4-1 DeskC.nc部分代碼4.2中轉(zhuǎn)節(jié)點對于中轉(zhuǎn)節(jié)點的代碼主要是基于BlinkToRadio實現(xiàn)的，部分代碼如表4-2所示。typedef nx_struct Msg nx_uint16_t nodeid; nx_uint16_t reset; nx_uint16_t operate; Msg;void resetR

6、ats() scoreAll=0; score=0; if (!busy) Msg* btrpkt = (Msg*)(call Packet.getPayload(&pkt,sizeof(Msg); if (btrpkt = NULL) return; btrpkt->nodeid =TOS_NODE_ID; btrpkt->operate =0; btrpkt->reset = 1; if (call AMSend.send(AM_BROADCAST_ADDR, &pkt, sizeof(Msg) = SUCCESS) busy = TRUE; printf

7、("Time out! Clear all information!n"); printfflush(); 表4-2 Control.nc部分代碼3）將1）對應id號燒入4個節(jié)點終端，將2）燒入中轉(zhuǎn)節(jié)點，終端節(jié)點只需在準備通信前裝上電池。4.3計算機端計算機端是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的主要部分。首先由它向中轉(zhuǎn)節(jié)點發(fā)送reset信息，再由中轉(zhuǎn)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)給終端節(jié)點。終端節(jié)點收到數(shù)據(jù)后將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)給中轉(zhuǎn)節(jié)點，計算機端通過端口監(jiān)聽得到數(shù)據(jù)并進行處理，顯示當前的各個“座位”信息在屏幕上。為了實現(xiàn)這個功能我們需要調(diào)用在/opt/tinyos-2.1.0/support/sdk/java/net

8、/tinyos/tools文件夾中的Printfclient.java文件，讓用戶看到具體的信息。4.4 系統(tǒng)使用完成程序燒錄之后，確保所有終端節(jié)點裝有電池以及中轉(zhuǎn)節(jié)點與計算機端成功相連，接下來的步驟如下：1、編譯并運行Printfclient.java。向命令行輸入javac Printfclient.java編譯成功后，再向命令行輸入java net.tinyos.tools.Printfclient運行java文件，可以看到目前各座位的信息。2、運行中轉(zhuǎn)節(jié)點的reset信號，使“座位”信息清空。3、用手遮掩使光強變化觀察節(jié)點變化和屏幕上顯示的信息。五、測試在測試過程中，我們發(fā)現(xiàn)當傳回的是

9、無人的信號時并不會立刻就在屏幕上顯示出來，而是經(jīng)過一段時間之后才在屏幕上顯示多個座位無人的信息。我們猜測是中轉(zhuǎn)節(jié)點代碼不完善導致信息擁堵。測試數(shù)據(jù)如圖所示：六、總結(jié)與收獲6.1 遇到的問題和解決方法1)如何判斷光強在編寫代碼時我們首先考慮找到發(fā)送信息的光強字段，然后通過判斷光強進行下面一系列的操作，但是沒找到，參考了BlinkToRadio例子后我們發(fā)現(xiàn)這個信息在event void Read.readDone(error_t result, uint16_t data)中的data中，經(jīng)過考慮，我們把閾值定為25，以判斷此時有人無人。2)檢測時間的確定之前確定檢測時間定為20秒，發(fā)現(xiàn)時間過長不利于觀察，我們又把數(shù)值定在了5秒6.2 總結(jié)本次課程中我們對TinyOS有了初步的接觸，學習了節(jié)點與系統(tǒng)之間的通信方式，節(jié)點的各項基本功能，并根據(jù)所學內(nèi)容編寫了一個小樣例程序。在編寫的過程中我們發(fā)現(xiàn)了一些問題并一一解決，其中最主要的技術(shù)問題已經(jīng)羅列在上文中。同時，我們還遇到了一些別的問題。例如在計算機端數(shù)據(jù)接受的過程中，中轉(zhuǎn)節(jié)點的消息堵塞造成不能立刻返回信息，數(shù)據(jù)不及時。在課程中，我們學習了TinyOS的理論知識，通過查