基于WinSock的智能感知实训平台PC客户端软件设计与实现

李建新 柯钢 杨怀德

摘 要： 为了解决物联网专业的智能感知实验及教学内容缺乏的问题，弥补相关操作及仪器设备的软件系统开发的空缺，设计并实现了基于WinSock通信技术的智能感知实训平台PC客户端软件，并从软件的设计目标、功能、体系结构和系统实现等方面进行了探讨。该软件具有较好的扩展性、稳定性和良好的学生用户体验。

关键词： 物联网； 智能感知； 传感器； WinSock

中图分类号：U491.1 文献标志码：A 文章编号：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，很多高职院校依据国家十二五发展规划， 成立了物联网相关专业。但物联网专业建设特别是物联网实训室的建设方面仍处于探索阶段。学者对于物联网专业实训室建设的探讨更多的集中于物联网实训室建设方案[1，2，6]或者物联网某个具体实训实例的高深研究上[3]，鲜有基于物联网感知层认识的实训平台及客户端软件的研究。因此本软件设计的核心是解决物联网专业的智能感知实验、实训对象及教学内容缺乏的问题，弥补配合相关操作及仪器设备的软件系统开发的空缺[4-5]。

1 软件总体设计

1.1 设计原则

本设计结合智能感知实训平台，实现由传感器节点数据采集、嵌入式计算机对前端的网络数据发布、网络远端的检测系统（PC客户端）对数据分析和处理完整功能的智能感知实训系统，完整地再现了物联网感知层的全部内涵，使学生能够通过本软件对物联网感知层有一个清晰直观的认识。

1.2 结构设计

智能感知实训平台客户端软件采用C/S结构，如图1所示。

如图，结合智能感知实训平台，整个智能感知实训系统由两部分组成：一是PC客户端软件，即图1左侧部分；二是智能感知实训平台，即图1的右侧部分。其中，PC客户端通过RJ-45网络接口与RS485通信控制器进行硬件对接。PC客户器软件主要包括四个模块：数据采集、数据分析、数据监控、设备控制。与实训平台有交互的软件模块有：数据采集、设备控制。软件上的交互通过socket通信协议来完成。硬件上的交互由智能感知实训平台和RS485通信协议层来实现。其中使用智能感知实训平台作为本客户端软件的硬件基础，负责软件与各硬件控制设备如门禁的连接工作，而软件的网络通信部分由socket通信来完成。其实际情况是，智能感知实训平台中运行的是RS485通信协议，通过该协议使得实训平台与各控制设备相互通信，该过程主要包括信息采集和设备控制两部分。当信息采集过来时，则由socket来完成由实训平台向计算机客户端传送数据。

1.3 功能设计

将客户端软件分为五大模块：数据采集模块、数据分析模块、数据监控模块、设备控制模块、集成接口模块。其基本功能如图2所示。

⑴ 数据采集模块

数据采集模块主要完成红外线感应传感器、光感应传感器、磁场感应传感器、烟雾感应传感器等数据信息的采集。智能感知实训平台提供的数据信息包括平台运转信息和传感器信息，数据采集模块需要区分出传感器信息，然后将其收集，再传递给数据分析模块。

⑵ 数据分析模块

数据分析模块主要是将数据采集模块采集来的传感器數据进行分析处理。从实训平台中采集来的传感器信息有四种：红外线传感器信息、光感应传感器信息、磁场感应传感器信息、烟雾感应传感器信息。数据分析模块能区分出不同的传感器信息，然后根据不同的传感器信息调用相应的数据监控模块。

⑶ 数据监控模块

数据监控模块主要功能是对数据采集分析模块传送过来的数据不断与预定的设备控制条件进行比较分析，达到不断监控检测传感器数据的目的。当数据分析模块判断出传感器信息类型后，将调用相应的数据监控模块，数据监控模块会将这些传感器信息与预定的条件进行比对，如果条件满足，则调用设备控制模块进行响应。

⑷ 设备控制模块

设备控制模块主要控制门禁系统等外设。实训平台可以控制响应的设备包括：门禁、LED灯、空气清新机等。如果数据监控模块判定传感器的数据满足预定的条件，则调用设备控制模块输出信息给相应的外设，从而呈现出监控的效果。

⑸ 集成接口模块

集成接口模块负责将上述四个模块进行良好对接，使整个软件系统实现高内聚、低耦合。

2 关键模块设计

由于篇幅所限，本文仅探讨软件关键模块的设计。基于智能感知实训平台的PC客户端软件的设计与实现关键在于数据的采集及数据的监控。

2.1 数据采集模块的设计

数据采集模块是与智能感知实训平台对接的模块，因此在整个软件设计中占据关键的地位。从硬件上来看，智能感知实训平台是通过普通网线与PC机相连接。从软件设计上看，智能感知实训平台的数据是以网络IP数据包的形式传送给PC客户端软件的数据采集模块的。在这个网络通信过程中，实际将网络IP数据包传送给数据采集模块的操作接口是socket通信。从智能感知实训平台传送给PC客户端软件的实时信息包括平台运转信息和传感器信息。数据采集模块主要是将实训平台传送过来的实时信息进行分离，分离出传感器信息，然后将其收集，传递给数据分析模块进行传感器信息分析。其中，平台运转信息与传感器信息的分离原理在于两类信息的数据包均含有信息类别前缀，通过分析信息类别前缀便可以识别出是平台运转信息还是传感器信息。數据采集模块整体设计思路如图3所示。

2.2 数据监控模块的设计

简单地说，数据监控模块在算法设计上是一个闭合的循环。数据监控模块不断地轮询数据分析模块建立的队列，如果队列中存在数据，则将其取出，通过传感器信息种类这个数据辨别是哪种传感器信息，从而进入相应的数据监控子模块，在子模块中通过分析传感器信息来决定是否调用设备控制模块。数据采集、数据分析、数据监控、设备控制这四个模块之间的关系如图4所示。

3 红外线感应传感器监控门禁实例

3.1 实例目标

本实例目的是，在智能监控模式进行传感器信息的采集、分析及监控。就本实例而言，是通过监控红外线传感器感应到物体，如果感应到物体，则打开门禁让行人通过，否则关闭门禁。

3.2 实例步骤

如图4所示，在软件系统主界面，有“数据维护”和“智能监控”两个选项卡。在图5所示功能流程图中，用户在进入软件主界面后，需要先进行数据维护，分别进行控制器管理、终端管理、事件管理；当数据维护好后，返回“智能监控”界面，点击“建立连接”，如果控制器的IP地址没有设置，连接将不成功，客户端也会提示“控制器IP未设置，连接不成功”的提示，需要对控制器的IP地址进行设置，然后重新建立连接，连接建立后，进入软件监控的手动模式，在该模式下，可以进行各个端口的测试，在本例中，主要检测门禁系统的端口是否安装正确。如果手动模式测试端口没有问题，用户可以点击“智能监控”，切换到如图4所示“智能监控”模式。这时软件会自动运行，不断地进行数据采集、数据分析、数据监控，如果传感器信息满足预定的条件，则数据监控模块会调用设备控制模块。

在本例中，调用设备控制模块的预定条件是：红外线感应传感器有数据传过来，即如图4中间部分的坐标图上面那行数据，三个坐标点是实心点表示在三个时间点是有检测到数据的。坐标图中，横轴表示红外线感应传感器是否检测到物休，纵轴表示时间。软件运行流程如图5所示。

[Start][软件主界面][数据维护][建立连接] [手动模式][门禁测试] [智能监控模式][红外数据监测] [门禁开启][行人通过] [门禁关闭] [成功][通过][有][是] [否] [无] [不成功] [不通过]

图5 红外线感应控制门禁功能流程图

3.3 实例效果分析

客户端监控的数据结果如图4，图4中的坐标中显示有两行监测信息点，其中，上面一行的三个数据监测点为红外线感应传感器感应到物体，而下面的一行则为红外线未感应到物体。当客户端软件检测到有红外线感应传感器感应到物体的信息时，软件就会打开门禁让行人通过，随后关闭门禁，继续监听智能感知实训平台。

4 结束语

本文基于智能感知实训平台设计了一种适合学生的相应实验、实训及学习的PC客户端软件。从软件总体设计、关键模块设计、实例展示等几方面对软件的设计进行了阐述。该软件由数据采集、数据分析、数据监控、设备控制等功能模块构成，具有较好的扩展性、稳定性。学生通过上机操作后，对物联网感知层有了一个直观的认识，提高了对物联网专业的学习兴趣。

参考文献（References）：

[1] 杜伟略，潘健.物联网综合实训平台设计[J].实验技术与管理，

2013.9：9-15

[2] 徐燕.通信专业联网实训平台的设计[D].电子科技大学，

2009.

[3] 陶巍伟.基于RFID的智能感知与分析系统[D].浙江工业大

学，2012.

[4] 刘征.智能感知互动综合服务系统中数据提取方案设计[D].

华北电力大学，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.高职院校物联网应用技术实训室建设方案探索[J].大

连职业技术学院，2012.9：61-64