基于WinSock的智能感知實訓平臺PC客戶端軟件設計與實現

李建新 柯鋼 楊懷德

摘 要： 為了解決物聯網專業的智能感知實驗及教學內容缺乏的問題，彌補相關操作及儀器設備的軟件系統開發的空缺，設計并實現了基于WinSock通信技術的智能感知實訓平臺PC客戶端軟件，并從軟件的設計目標、功能、體系結構和系統實現等方面進行了探討。該軟件具有較好的擴展性、穩定性和良好的學生用戶體驗。

關鍵詞： 物聯網； 智能感知； 傳感器； WinSock

中圖分類號：U491.1 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）12-49-04

Design and implementation of PC client software for IntelliSense

training platform based on WinSock

Li Jianxin， Ke Gang， Yang Huaide

（Department of Computer Engineering， Dongguan Polytechnic， Dongguan， Guangdong 523808， China）

Abstract： In order to solve the problem of lack of IntelliSense experiment and teaching content in IoT specialty， to make up for the vacancy of the software system for instrument equipment and related operation， this paper designs and implements a IntelliSense training platform PC client software based on WinSock communications technology， and the design objectives， functions， system structure and system implementation of the software are discussed. The software has good scalability， stability and a good student-user experience.

Key words： IoT； Intelligent Sensing； sensor； WinSock

0 引言

目前，很多高職院校依據國家十二五發展規劃， 成立了物聯網相關專業。但物聯網專業建設特別是物聯網實訓室的建設方面仍處于探索階段。學者對于物聯網專業實訓室建設的探討更多的集中于物聯網實訓室建設方案[1，2，6]或者物聯網某個具體實訓實例的高深研究上[3]，鮮有基于物聯網感知層認識的實訓平臺及客戶端軟件的研究。因此本軟件設計的核心是解決物聯網專業的智能感知實驗、實訓對象及教學內容缺乏的問題，彌補配合相關操作及儀器設備的軟件系統開發的空缺[4-5]。

1 軟件總體設計

1.1 設計原則

本設計結合智能感知實訓平臺，實現由傳感器節點數據采集、嵌入式計算機對前端的網絡數據發布、網絡遠端的檢測系統（PC客戶端）對數據分析和處理完整功能的智能感知實訓系統，完整地再現了物聯網感知層的全部內涵，使學生能夠通過本軟件對物聯網感知層有一個清晰直觀的認識。

1.2 結構設計

智能感知實訓平臺客戶端軟件采用C/S結構，如圖1所示。

如圖，結合智能感知實訓平臺，整個智能感知實訓系統由兩部分組成：一是PC客戶端軟件，即圖1左側部分；二是智能感知實訓平臺，即圖1的右側部分。其中，PC客戶端通過RJ-45網絡接口與RS485通信控制器進行硬件對接。PC客戶器軟件主要包括四個模塊：數據采集、數據分析、數據監控、設備控制。與實訓平臺有交互的軟件模塊有：數據采集、設備控制。軟件上的交互通過socket通信協議來完成。硬件上的交互由智能感知實訓平臺和RS485通信協議層來實現。其中使用智能感知實訓平臺作為本客戶端軟件的硬件基礎，負責軟件與各硬件控制設備如門禁的連接工作，而軟件的網絡通信部分由socket通信來完成。其實際情況是，智能感知實訓平臺中運行的是RS485通信協議，通過該協議使得實訓平臺與各控制設備相互通信，該過程主要包括信息采集和設備控制兩部分。當信息采集過來時，則由socket來完成由實訓平臺向計算機客戶端傳送數據。

1.3 功能設計

將客戶端軟件分為五大模塊：數據采集模塊、數據分析模塊、數據監控模塊、設備控制模塊、集成接口模塊。其基本功能如圖2所示。

⑴ 數據采集模塊

數據采集模塊主要完成紅外線感應傳感器、光感應傳感器、磁場感應傳感器、煙霧感應傳感器等數據信息的采集。智能感知實訓平臺提供的數據信息包括平臺運轉信息和傳感器信息，數據采集模塊需要區分出傳感器信息，然后將其收集，再傳遞給數據分析模塊。

⑵ 數據分析模塊

數據分析模塊主要是將數據采集模塊采集來的傳感器數據進行分析處理。從實訓平臺中采集來的傳感器信息有四種：紅外線傳感器信息、光感應傳感器信息、磁場感應傳感器信息、煙霧感應傳感器信息。數據分析模塊能區分出不同的傳感器信息，然后根據不同的傳感器信息調用相應的數據監控模塊。

⑶ 數據監控模塊

數據監控模塊主要功能是對數據采集分析模塊傳送過來的數據不斷與預定的設備控制條件進行比較分析，達到不斷監控檢測傳感器數據的目的。當數據分析模塊判斷出傳感器信息類型后，將調用相應的數據監控模塊，數據監控模塊會將這些傳感器信息與預定的條件進行比對，如果條件滿足，則調用設備控制模塊進行響應。

⑷ 設備控制模塊

設備控制模塊主要控制門禁系統等外設。實訓平臺可以控制響應的設備包括：門禁、LED燈、空氣清新機等。如果數據監控模塊判定傳感器的數據滿足預定的條件，則調用設備控制模塊輸出信息給相應的外設，從而呈現出監控的效果。

⑸ 集成接口模塊

集成接口模塊負責將上述四個模塊進行良好對接，使整個軟件系統實現高內聚、低耦合。

2 關鍵模塊設計

由于篇幅所限，本文僅探討軟件關鍵模塊的設計。基于智能感知實訓平臺的PC客戶端軟件的設計與實現關鍵在于數據的采集及數據的監控。

2.1 數據采集模塊的設計

數據采集模塊是與智能感知實訓平臺對接的模塊，因此在整個軟件設計中占據關鍵的地位。從硬件上來看，智能感知實訓平臺是通過普通網線與PC機相連接。從軟件設計上看，智能感知實訓平臺的數據是以網絡IP數據包的形式傳送給PC客戶端軟件的數據采集模塊的。在這個網絡通信過程中，實際將網絡IP數據包傳送給數據采集模塊的操作接口是socket通信。從智能感知實訓平臺傳送給PC客戶端軟件的實時信息包括平臺運轉信息和傳感器信息。數據采集模塊主要是將實訓平臺傳送過來的實時信息進行分離，分離出傳感器信息，然后將其收集，傳遞給數據分析模塊進行傳感器信息分析。其中，平臺運轉信息與傳感器信息的分離原理在于兩類信息的數據包均含有信息類別前綴，通過分析信息類別前綴便可以識別出是平臺運轉信息還是傳感器信息。數據采集模塊整體設計思路如圖3所示。

2.2 數據監控模塊的設計

簡單地說，數據監控模塊在算法設計上是一個閉合的循環。數據監控模塊不斷地輪詢數據分析模塊建立的隊列，如果隊列中存在數據，則將其取出，通過傳感器信息種類這個數據辨別是哪種傳感器信息，從而進入相應的數據監控子模塊，在子模塊中通過分析傳感器信息來決定是否調用設備控制模塊。數據采集、數據分析、數據監控、設備控制這四個模塊之間的關系如圖4所示。

3 紅外線感應傳感器監控門禁實例

3.1 實例目標

本實例目的是，在智能監控模式進行傳感器信息的采集、分析及監控。就本實例而言，是通過監控紅外線傳感器感應到物體，如果感應到物體，則打開門禁讓行人通過，否則關閉門禁。

3.2 實例步驟

如圖4所示，在軟件系統主界面，有“數據維護”和“智能監控”兩個選項卡。在圖5所示功能流程圖中，用戶在進入軟件主界面后，需要先進行數據維護，分別進行控制器管理、終端管理、事件管理；當數據維護好后，返回“智能監控”界面，點擊“建立連接”，如果控制器的IP地址沒有設置，連接將不成功，客戶端也會提示“控制器IP未設置，連接不成功”的提示，需要對控制器的IP地址進行設置，然后重新建立連接，連接建立后，進入軟件監控的手動模式，在該模式下，可以進行各個端口的測試，在本例中，主要檢測門禁系統的端口是否安裝正確。如果手動模式測試端口沒有問題，用戶可以點擊“智能監控”，切換到如圖4所示“智能監控”模式。這時軟件會自動運行，不斷地進行數據采集、數據分析、數據監控，如果傳感器信息滿足預定的條件，則數據監控模塊會調用設備控制模塊。

在本例中，調用設備控制模塊的預定條件是：紅外線感應傳感器有數據傳過來，即如圖4中間部分的坐標圖上面那行數據，三個坐標點是實心點表示在三個時間點是有檢測到數據的。坐標圖中，橫軸表示紅外線感應傳感器是否檢測到物休，縱軸表示時間。軟件運行流程如圖5所示。

[Start][軟件主界面][數據維護][建立連接] [手動模式][門禁測試] [智能監控模式][紅外數據監測] [門禁開啟][行人通過] [門禁關閉] [成功][通過][有][是] [否] [無] [不成功] [不通過]

圖5 紅外線感應控制門禁功能流程圖

3.3 實例效果分析

客戶端監控的數據結果如圖4，圖4中的坐標中顯示有兩行監測信息點，其中，上面一行的三個數據監測點為紅外線感應傳感器感應到物體，而下面的一行則為紅外線未感應到物體。當客戶端軟件檢測到有紅外線感應傳感器感應到物體的信息時，軟件就會打開門禁讓行人通過，隨后關閉門禁，繼續監聽智能感知實訓平臺。

4 結束語

本文基于智能感知實訓平臺設計了一種適合學生的相應實驗、實訓及學習的PC客戶端軟件。從軟件總體設計、關鍵模塊設計、實例展示等幾方面對軟件的設計進行了闡述。該軟件由數據采集、數據分析、數據監控、設備控制等功能模塊構成，具有較好的擴展性、穩定性。學生通過上機操作后，對物聯網感知層有了一個直觀的認識，提高了對物聯網專業的學習興趣。

參考文獻（References）：

[1] 杜偉略，潘健.物聯網綜合實訓平臺設計[J].實驗技術與管理，

2013.9：9-15

[2] 徐燕.通信專業聯網實訓平臺的設計[D].電子科技大學，

2009.

[3] 陶巍偉.基于RFID的智能感知與分析系統[D].浙江工業大

學，2012.

[4] 劉征.智能感知互動綜合服務系統中數據提取方案設計[D].

華北電力大學，2012.

[5] Jian AN， Xiao-Lin GUI， Xin HE. Study on the

Architecture and Key Technologies for Internet of Things [M]. Proceedings of 2010 2nd International Conference on Multimedia and Computational Intelligence （ICMCI 2010），2010：100-105

[6] 沈洋.高職院校物聯網應用技術實訓室建設方案探索[J].大

連職業技術學院，2012.9：61-64