zigbee技术的数据采集监测系统的设计pc端软件设计
本人签名： 日期： 摘 要ZigBee网络是一种基于ZigBee技术的短距离无线通信网络，这种网络具有成本低、功耗低等优点，目前已被广泛应用在各行各业，成为无线通信研究的新热点之一。本课题为“基于ZigBee技术的数据采集监测系统的设计”，是利用ZigBee技术来实现短距离数据采集和监控，包括：硬件网络组网实现、PC端监控软件平台设计、Android端APP设计。本文设计了PC端数据监测软件,首先对ZigBee技术的研究现状与背景进行了分析，详细阐述了PC端界面设计、通信方式与软件技术。其次，设计并实现了ZigBee组网的上位机软件平台。上位机软件平台主要包括三个模块：与下位机的通信、与Android端的通信以及PC端UI界面显示，与下位机的通信利用串口通信实现；与Android端的通信利用UDP组播完成功能；UI界面包括实时显示界面、历史数据查询界面与温湿度历史曲线图查询界面，以文字以及图形的形式实时显示远程终端的监测数据，历史数据查询界面利用筛选控件实现数据筛选，利用NPOI技术实现数据导出，温湿度曲线图利用chart控件完成绘图。
目录
摘 要 I
Abstract II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1 ZigBee技术简介 1
1.2课题背景及现状 1
1.3论文结构及主要内容 3
1.4本章小结 4
第2章主要技术介绍 5
2.1 VS2010与SQL2008开发环境简介 5
2.2 C#及C/S架构简介 6
2.3 多线程技术 7
2.4 本章小结 9
第3章 软件需求分析与方案设计 10
3.1 系统总体结构 10
3.2 软件需求分析 11
3.3 软件方案设计 11
3.4 本章小结 14
第4章 PC端软件设计与实现 16
4.1 UI界面设计 16
4.1.1 实时显示界面 16
4.1.2 历史查询界面 18
4.1.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3 温湿度曲线图查询界面 18
4.2 数据通信模块 20
4.2.1 PC端与协调器的通信 20
4.2.2 PC端与android端的通信 22
4.3 软件测试 23
4.4 本章小结 26
第5章 总结与展望 27
5.1 总结 27
5.2展望 27
参考文献 29
致谢 31
附录A 核心代码 32
附录B 英文文献翻译 34
第1章 绪论
1.1 ZigBee技术简介
至今，人们的生活已经离不开无线通讯，WiFi、蓝牙、ZigBee等无线技术之间竞争激烈，随着通讯设备的要求越来越高，相对于其他的通讯技术，ZigBee技术有着更多的优点，比如低成本、低功耗等。
什么是ZigBee呢？ZigBee翻译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似，是一种无线数据传输的通信方式，以IEEE802.15.4 作为基础标准开发的一组关于组网方面的技术标准。为了使ZigBee标准更具国际化，成立了对应的联盟，此联盟的作用是将ZigBee的协议及其API标准化。同时还开发了安全层用来保证相对应的便携设备不会意外泄漏它的标识 [1]。ZigBee网络一般由终端节点、路由器与协调器即汇聚节点组成，在本文中，由于是在局域网内进行测试，所以本课题的ZigBee网络主要由采集终端与协调器组成。对于ZigBee来说，天线是组网的重要角色之一，协调器与终端节点之间的数据通信是通过天线来完成，它的主要作用是将数据进行A/D转换形成高频电流或者进行D/A转换形成电磁波来进行数据的接收与发送。
ZigBee是一种具有低功耗、成本低、时延短、安全、工作频段灵活、传输可靠等优点的无线数据通信技术，虽然它的有效范围不大，但其优点已经远远超过了缺点，也因此使得ZigBee技术在实际应用中十分广泛，包括银行、智能家居与农业自动化等方面都有相关应用，由于其有效范围小，也使得它主要用于承载数据流量较小的业务[4]。
1.2课题背景及现状
1.2.1课题背景
数据采集在目前现代化工业领域具有重要的作用，广范应用于国家安全、军事、交通管理、灾害预测、医疗卫生、制造业等领域，特别在食品生产、武器存储等方面具有十分严格的要求，一旦温度超出要求，将付出不可磨灭的代价或损失。由于有线传输具有传输速度快、可靠性高等优点，过去数据采集的通信方式主要都是使用它，但随着技术与环境的不断变化，有线传输方式显然不能满足要求 [5]。所以，无线数据传输变的越来越重要，由于无线通信的成本逐年下降，而其传输速率与其可靠性相反的逐年上升，所以最近几年无线通信已经成为数据通信的大流，它的组网灵活与布线简单都为其广泛应用创造了有利的条件。
本课题所提出的是一种针对有线数据传输的不足、基于ZigBee技术的数据采集监控系统，其中将ZigBee技术引用到数据采集监控系统中，当终端节点采集到数据，通过基于ZigBee的无线传输到协调器，协调器再利用RS232串口将数据传到PC端，PC端校验成功显示在界面并将数据存入数据库中，方便历史查看与数据导出，以及历史温湿度的曲线图查看等，同时PC端在接收到协调器数据后将数据传给android端，并且PC端与android端都能实现对终端节点的控制实现远程监控功能。此过程利用了ZigBee技术进行组网并将数据传到协调器，因此，基于ZigBee技术的数据采集监控系统是解决数据采集的一种切实可行的途径。
1.2.2课题现状
就目前市场来说，由于近几年智能家居方面发展的十分迅速，ZigBee作为无线数据通信方式之一，仍受大多数人所追捧，因为它是短距离的通信方式，同时又具有低成本、低功耗等优点，正好能够满足智能家居方面对于数据通信的要求，具有很高的实用价值。当然，它在其他行业也有着自己独特的应用地位，比如农业方向的大棚监测等 [6]。对于ZigBee技术的研究史：2001年8月份成立了ZigBee Alliance，在2004年ZigBee V1.0诞生。它是ZigBee规范的第一个版本。但由于推出仓促，存在一些错误。2002年10月ZigBee联盟成立，此联盟是为了制定一个国际化的能共享的ZigBee应用规范而成立的，就像质量管理中ISO9000一样具有很高的地位。在成立了此联盟后，他们从2006年发布的ZigBee 2006、2007年的ZigBee PRO,一直到现在还在使用的IPv6 6Lowpan标准，无一不在说明着ZigBee技术的不断进步[8]。
现在各大国内外厂商纷纷推出了自己的ZigBee解决方案,国内虽然在ZigBee产品的开发上起步较晚,但是进展非常快速，已有多家公司开发出了属于自己的ZigBee模块。同时,国内很多学校和研究所也相继开始了ZigBee产品的研究，例如浙江大学、清华大学等也成立了相应的研究小组进行 ZigBee 技术的应用和研究。随着互联网时代的到来，各个行业都将进入数字化高速发展的时代，在这样的大背景下，ZigBee技术的应用也会越来越广泛，其中基于ZigBee的数据采集监控系统设计也会越来越多，目前这些技术在大的方面已经应用到电力、银行等行业了，在小的方面连一个大棚的温湿度监控也能用到，这足以说明ZigBee技术在生活中已经慢慢渗透到各个角落了[9]。
1.3论文结构及主要内容
目录
摘 要 I
Abstract II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1 ZigBee技术简介 1
1.2课题背景及现状 1
1.3论文结构及主要内容 3
1.4本章小结 4
第2章主要技术介绍 5
2.1 VS2010与SQL2008开发环境简介 5
2.2 C#及C/S架构简介 6
2.3 多线程技术 7
2.4 本章小结 9
第3章 软件需求分析与方案设计 10
3.1 系统总体结构 10
3.2 软件需求分析 11
3.3 软件方案设计 11
3.4 本章小结 14
第4章 PC端软件设计与实现 16
4.1 UI界面设计 16
4.1.1 实时显示界面 16
4.1.2 历史查询界面 18
4.1.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3 温湿度曲线图查询界面 18
4.2 数据通信模块 20
4.2.1 PC端与协调器的通信 20
4.2.2 PC端与android端的通信 22
4.3 软件测试 23
4.4 本章小结 26
第5章 总结与展望 27
5.1 总结 27
5.2展望 27
参考文献 29
致谢 31
附录A 核心代码 32
附录B 英文文献翻译 34
第1章 绪论
1.1 ZigBee技术简介
至今，人们的生活已经离不开无线通讯，WiFi、蓝牙、ZigBee等无线技术之间竞争激烈，随着通讯设备的要求越来越高，相对于其他的通讯技术，ZigBee技术有着更多的优点，比如低成本、低功耗等。
什么是ZigBee呢？ZigBee翻译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似，是一种无线数据传输的通信方式，以IEEE802.15.4 作为基础标准开发的一组关于组网方面的技术标准。为了使ZigBee标准更具国际化，成立了对应的联盟，此联盟的作用是将ZigBee的协议及其API标准化。同时还开发了安全层用来保证相对应的便携设备不会意外泄漏它的标识 [1]。ZigBee网络一般由终端节点、路由器与协调器即汇聚节点组成，在本文中，由于是在局域网内进行测试，所以本课题的ZigBee网络主要由采集终端与协调器组成。对于ZigBee来说，天线是组网的重要角色之一，协调器与终端节点之间的数据通信是通过天线来完成，它的主要作用是将数据进行A/D转换形成高频电流或者进行D/A转换形成电磁波来进行数据的接收与发送。
ZigBee是一种具有低功耗、成本低、时延短、安全、工作频段灵活、传输可靠等优点的无线数据通信技术，虽然它的有效范围不大，但其优点已经远远超过了缺点，也因此使得ZigBee技术在实际应用中十分广泛，包括银行、智能家居与农业自动化等方面都有相关应用，由于其有效范围小，也使得它主要用于承载数据流量较小的业务[4]。
1.2课题背景及现状
1.2.1课题背景
数据采集在目前现代化工业领域具有重要的作用，广范应用于国家安全、军事、交通管理、灾害预测、医疗卫生、制造业等领域，特别在食品生产、武器存储等方面具有十分严格的要求，一旦温度超出要求，将付出不可磨灭的代价或损失。由于有线传输具有传输速度快、可靠性高等优点，过去数据采集的通信方式主要都是使用它，但随着技术与环境的不断变化，有线传输方式显然不能满足要求 [5]。所以，无线数据传输变的越来越重要，由于无线通信的成本逐年下降，而其传输速率与其可靠性相反的逐年上升，所以最近几年无线通信已经成为数据通信的大流，它的组网灵活与布线简单都为其广泛应用创造了有利的条件。
本课题所提出的是一种针对有线数据传输的不足、基于ZigBee技术的数据采集监控系统，其中将ZigBee技术引用到数据采集监控系统中，当终端节点采集到数据，通过基于ZigBee的无线传输到协调器，协调器再利用RS232串口将数据传到PC端，PC端校验成功显示在界面并将数据存入数据库中，方便历史查看与数据导出，以及历史温湿度的曲线图查看等，同时PC端在接收到协调器数据后将数据传给android端，并且PC端与android端都能实现对终端节点的控制实现远程监控功能。此过程利用了ZigBee技术进行组网并将数据传到协调器，因此，基于ZigBee技术的数据采集监控系统是解决数据采集的一种切实可行的途径。
1.2.2课题现状
就目前市场来说，由于近几年智能家居方面发展的十分迅速，ZigBee作为无线数据通信方式之一，仍受大多数人所追捧，因为它是短距离的通信方式，同时又具有低成本、低功耗等优点，正好能够满足智能家居方面对于数据通信的要求，具有很高的实用价值。当然，它在其他行业也有着自己独特的应用地位，比如农业方向的大棚监测等 [6]。对于ZigBee技术的研究史：2001年8月份成立了ZigBee Alliance，在2004年ZigBee V1.0诞生。它是ZigBee规范的第一个版本。但由于推出仓促，存在一些错误。2002年10月ZigBee联盟成立，此联盟是为了制定一个国际化的能共享的ZigBee应用规范而成立的，就像质量管理中ISO9000一样具有很高的地位。在成立了此联盟后，他们从2006年发布的ZigBee 2006、2007年的ZigBee PRO,一直到现在还在使用的IPv6 6Lowpan标准，无一不在说明着ZigBee技术的不断进步[8]。
现在各大国内外厂商纷纷推出了自己的ZigBee解决方案,国内虽然在ZigBee产品的开发上起步较晚,但是进展非常快速，已有多家公司开发出了属于自己的ZigBee模块。同时,国内很多学校和研究所也相继开始了ZigBee产品的研究，例如浙江大学、清华大学等也成立了相应的研究小组进行 ZigBee 技术的应用和研究。随着互联网时代的到来，各个行业都将进入数字化高速发展的时代，在这样的大背景下，ZigBee技术的应用也会越来越广泛，其中基于ZigBee的数据采集监控系统设计也会越来越多，目前这些技术在大的方面已经应用到电力、银行等行业了，在小的方面连一个大棚的温湿度监控也能用到，这足以说明ZigBee技术在生活中已经慢慢渗透到各个角落了[9]。
1.3论文结构及主要内容
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