【文章內容簡介】 界面軟件，用于服務器軟件的功能測試和性能測試。 運行環(huán)境 硬件環(huán)境： ? CPU： 及以上 ? 內存： 1G 及以上 ? 顯卡： 128M 及以上 軟件環(huán)境： ? 操作系統(tǒng)： Windows 7/Windows 8 ? 運行平臺： Eclipse ? 數(shù)據(jù)庫： SQL Server 2020 R2 版本及以上 ? 功能需求 ? 數(shù)據(jù)接收功能：接收底層采集節(jié)點上傳的 UDP 數(shù)據(jù)包，并對數(shù)據(jù)進行初步的合法性判斷，對不合法的數(shù)據(jù)進行丟棄處理，對合法數(shù)據(jù)進行備份處理。 ? 數(shù)據(jù)解析功能：完成對采集時間的解析和建筑結構數(shù)據(jù)的解析。 ? 數(shù)據(jù)庫操作功能：完成對數(shù)據(jù)庫的增、刪、改、查操作，提供對數(shù)據(jù)庫日志的查詢。 ? 下載功能： 分為采集節(jié)點的配置表下載和程序下載。采集節(jié)點配置表下載，是將存儲采集節(jié)點工作頻率和通道號信息的 Excel 表解析成 hex 記錄下發(fā)；程序下載，是將單片機 /嵌入式程序解析成 hex 記錄下發(fā)。 ? 全網(wǎng)對時功能：校準所有采集節(jié)點的系統(tǒng)時間。 ? 節(jié)點查詢功能：查詢具體節(jié)點的工作模式，網(wǎng)絡地址，工作狀態(tài)。 ? 系統(tǒng)日志功能：完成對非法數(shù)據(jù)的記錄和異常情況的記錄。 性能需求 ? 穩(wěn)定性：在 PC 機正常工作的情況下，服務器程序能夠穩(wěn)定運行。 2） 可靠性：在網(wǎng)絡超時等異常情況下保證數(shù)據(jù)的正確性。 3） 并發(fā)性：具有一定的 并發(fā)處理能力，在同一時刻能夠響應 n 個采集節(jié)點的請求，并對其上傳的數(shù)據(jù)進行解析。 4 概要設計 硬件環(huán)境 建筑結構健康監(jiān)測系統(tǒng)采用典型的物聯(lián)網(wǎng)三層架構：采集層、傳輸層、應用層。用到的硬件環(huán)境如下： 采集層硬件環(huán)境：應力應變傳感器、裂縫傳感器、撓度傳感器、風力風向傳感器、沉降傳感器、位移傳感器、傾斜傳感器、加速度傳感器、溫濕度傳感器等傳感器、多傳感器融合模塊、太陽能采電模塊、供電模塊。 傳輸層硬件環(huán)境： ZigBee 模塊、 WiFi 模塊、交換機、嵌入式網(wǎng)關服務器、光纖 /以太網(wǎng)接入。 應用層硬件環(huán)境：軟件可在 Windows 2020/XP/Vista/server 2020 操作系統(tǒng)上運行，暫不支持 UNIX/Linux 環(huán)境以及 Mac OS 環(huán)境。 由于開發(fā)的系統(tǒng)為 C/S 架構，因而需要路由器或交換機進行局域網(wǎng)的組建。可采用華為、 TPLINK、 DLINK 等公司的路由器或交換機產品，路由器或交換機的網(wǎng)線接入口的數(shù)目 ≥4 個。 軟件環(huán)境 本次畢業(yè)設計用到的軟件環(huán)境如下： Microsoft Windows 7/ Windows 8 操作系統(tǒng)或 Microsoft Windows Server2020 服務器操作系統(tǒng)下，安裝并配置 Microsoft SQL Server 2020數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 開發(fā)環(huán)境 圖 開發(fā)環(huán)境示意圖 建筑結構健康監(jiān)測系統(tǒng)服務器軟件采用 Java 語言編寫，使用 Eclipse 開發(fā)，數(shù)據(jù)存儲于 Microsoft SQL Server 2020 中。服務器軟件的測試工具采用 C語言編寫，使用 Visual Studio 2020 開發(fā)。 Eclipse（集成開發(fā)環(huán)境）： Eclipse 是一個開放源代碼的、基于 Java 的可擴展開發(fā)平臺。就其本身而言，它只是一個框架和一組服務，用于通過插件組件構建開發(fā)環(huán)境。 Eclipse 附帶了一個標準的插件集，包括 Java 開發(fā)工具。 Visual Studio 2020： Visual Studio是微軟公司推出的開發(fā)環(huán)境。是目前最流行的 Windows平臺應用程序開發(fā)環(huán)境。其集成開發(fā)環(huán)境（ IDE）的界面被重新設計和組織，變得更加簡單明了。 Visual Studio 2020同時帶來 .NET Framework 、 Microsoft Visual Studio 2020 CTP(Community Technology Preview)，并且支持開發(fā)面向 Windows 7的應用程序。除了 Microsoft SQL Server，它還支持 IBM DB2和 Oracle數(shù)據(jù)庫。 SQL Server 2020 R2：是由美國微軟公司所推出的關系數(shù)據(jù)庫解決方案，近年來它的應用范圍有所擴展，已經(jīng)觸及到大型、跨國企業(yè)的數(shù)據(jù)庫管理。 SQL Server數(shù)據(jù)庫的內置語言是由美國標準局（ ANSI）和國際標準組織 (ISO) 所定義的 SQL語言，微軟公司對它進行了部分擴充而成為作業(yè)用 SQL (TransactSQL)。 總體設計 硬件架構 建筑結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的物理架構采用的是傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)三層架構進行設計，如圖 所示的系統(tǒng)整體架構圖，分布于建筑各個關鍵監(jiān)測點的各類建筑專用傳感器如沉降、傾斜、風力風向、溫濕度、撓度、震動加速度、裂縫計等，通過多傳感器集成模塊以 ZigBee 短距離無線傳感網(wǎng)絡進行組網(wǎng)，因建筑距離和跨度較大，在傳輸部分采用的是三級布網(wǎng)方案，一級網(wǎng)絡為ZigBee 網(wǎng)，二級網(wǎng)絡為長距離 WiFi 布網(wǎng)，三級網(wǎng)絡通過網(wǎng)關與 Inter或者光纖進行三級組網(wǎng)，使最終的數(shù)據(jù)匯聚到中心機房的建筑結構健康監(jiān)測服務器端，在應用層設計了多種應用開發(fā) ，其中包括基于 B/S 架構的 web 應用程序、基于 C/S 架構的 WinForm 桌面應用程序、基于安卓系統(tǒng)的手持平板電腦專用軟件、短信報警模塊等。 圖 建筑結構健康監(jiān)測系統(tǒng)總體架構 軟件架構 建筑結構健康監(jiān)測系統(tǒng)服務器軟件主要由初始化模塊、監(jiān)聽模塊、解析模塊、數(shù)據(jù)庫操作模塊、系統(tǒng)配置模塊、命令處理模塊和系統(tǒng)日志這 7 個模塊構成，如圖 所示。 圖 服務器軟件的模塊結構圖 初始化模塊：完成服務器程序 IP 和端口的初始化以及全局靜態(tài)變量的初始化。 監(jiān)聽模塊：創(chuàng)建 socket，循環(huán)監(jiān)聽端口，接收連接請求并獲取 UDP 數(shù)據(jù)包。 解析模塊：按照協(xié)議對 UDP 包進行解析，如果解析得到的是數(shù)據(jù)則將數(shù)據(jù)存入數(shù) 據(jù)庫，如果解析到的為命令則提供相應的命令處理操作。 數(shù)據(jù)庫操作模塊：對數(shù)據(jù)庫進行增、刪、改、查等操作。 命令處理模塊：完成對下載、全網(wǎng)對時、入網(wǎng)請求命令、節(jié)點查詢命令的處理。 系統(tǒng)配置模塊： 解析 Excel 配置表，將 Excel 數(shù)據(jù)解析為 hex 記錄下發(fā)實現(xiàn)對底層硬件工作模式的配置。 系統(tǒng)日志模塊：完成異常處理的記錄和錯誤數(shù)據(jù)的記錄。 數(shù)據(jù)庫設計 ? Mac 地址與邏輯地址映射表 如表 表 Mac地址與邏輯地址映射表 字段名稱 中文說明 鍵別 是否空 數(shù)據(jù)類型 長度 備注 Id 標識 ID PK NO INT 自增 Mac_address 物理地址 NO NVARCHAR 20 Logic_address 邏輯地址 NO NVARCHAR 20 Parent_id 父節(jié)點 ID NO INT Net_in_state 在子網(wǎng)中的標號 NO INT Version 版本號 NO NVARCHAR 20 ? 數(shù)據(jù)記錄表 如表 表 數(shù)據(jù)記錄表 字段名稱 中文說明 鍵別 是否空 數(shù)據(jù)類型 長度 備注 Id 標識 ID PK NO INT 自增 repeat_adress 回復地址 NO VARCHAR 10 collect_adress 采集地址 NO VARCHAR 10 data_style 數(shù)據(jù)類型 NO NVARCHAR 20 data 數(shù)據(jù) NO VARCHAR 40 self_time 采集時間 NO NVARCHAR 20 write_time 入庫時間 NO DATETIME ? 操作記錄表 如表 表 操作記錄表 字段名稱 中文說明 鍵別 是否空 數(shù)據(jù)類型 長度 備注 Id 標識 ID PK NO INT 自增 logal_adress 邏輯地址 NO VARCHAR 10 operate_type 操作類型 NO VARCHAR 10 operate_para 操作對象 NO NVARCHAR 20 operate_results 操作結果 NO VARCHAR 40 time 時間 NO NVARCHAR 20 ? 節(jié)點信息配置表 表 節(jié)點信息配置表 字段名稱 中文說明 鍵別 是否空 數(shù)據(jù)類型 長度 備注 Id 標識 ID PK NO INT 自增 port_number 端口號 NO VARCHAR 10 serial_number 流水號 NO VARCHAR 10 config 配置信息 NO VARCHAR 60 Bl 測量值低值 NO VARCHAR 5 N 采樣次數(shù) NO VARCHAR 5 TD1 通道類型 NO VARCHAR 5 TD2 端口類型 NO VARCHAR 5 Tadd 端口地址 NO VARCHAR 5 N1 采樣字數(shù)長 NO VARCHAR 5 N2 無效低位 NO VARCHAR 5 Xmin 基本底數(shù) NO VARCHAR 5 Z1 上報警數(shù) NO VARCHAR 5 Z2 下報警數(shù) NO VARCHAR 5 Y1 最小記差 NO VARCHAR 5 Y2 最小發(fā)差 NO VARCHAR 5 Tn1 正常采集頻數(shù) NO VARCHAR 5 Tn2 報警采集頻數(shù) NO VARCHAR 5 Nsg 采樣間隙數(shù) NO VARCHAR 5 Time 采集時間 NO DATE 5 通信協(xié)議設計 ? 整體說明 建筑結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)包流向如圖 ，底層 485傳感器采集到數(shù)據(jù)后，為數(shù)據(jù)加上 485包頭和包尾組成 485報文，上傳至 zigbee模塊。 zigbee為 485報文加上 zigbee包頭和包尾組成 zigbee報文，上傳至中繼節(jié)點。中繼節(jié)點獲取 485報文后，進行第三次封裝，上傳至 3G模塊。 圖 數(shù)據(jù)包流向圖 ? 地址編碼方案 表 地址表示概述表 名稱 數(shù)據(jù) /控制中心 匯聚節(jié)點 中繼節(jié)點 采集節(jié)點 485 采集盒 /通道 物理地址 設備 ID 路由器MAC 固化 CC2430 硬件 ID 固化 CC2430 硬件 ID CC2430 硬件 ID 邏輯地址 固定 IP 匯聚節(jié)點編號 頻段號 某個頻段下節(jié)點號 通道號 物理地址大?。?B） 6B 4B 4B 4B 邏輯地址大小（ B） 1 1 4bit（低四位全0） 4bit 1 ? 設備物理地址 ? 匯聚節(jié)點：用路由器 MAC地址標識，共 48位，如： 00 25 B3 46 68 C2 ? 中繼 amp。采集節(jié)點 amp。485采集盒：用四個字節(jié)標識其物理地址，全 0全 1暫且不用；高八位標識類型，共 256種（現(xiàn)分別為中繼、采集節(jié)點及 485采集盒）；低 24位標識每種類型節(jié)點的序號。 ? 網(wǎng)絡邏輯地址 表 邏輯地址結構 23 15 11 7 0 匯聚節(jié)點 ID 中繼節(jié)點 ID 采集節(jié)點 ID 通道號 ? 詳細說明 ? 匯聚節(jié)點 ID：用一個字節(jié)表示，表明屬于哪個工程，采集數(shù)據(jù)上傳時在中繼節(jié)點中標識于數(shù)據(jù)包前端。 ? 中繼節(jié)點編碼和采集節(jié)點編碼組成節(jié)點的邏輯地址，由一個字節(jié)組成，中繼節(jié)點編碼有此字節(jié)的高四位表示，范圍從 0x10~0xE0進行編碼，全網(wǎng)共有 14個中繼節(jié)點；采集節(jié)點編碼有此字節(jié)的低四位表示，從 0x01~0x0E進行編碼，所以一個中繼節(jié)點最多能夠管轄 14個采集節(jié)點。 ? 通信包格式設計 表 通信包格式設計表 包頭 有效載荷 包尾 *0 長度 1 匯聚 ID2 消息地址 3 ACK標志會話結束標志 4 流水號 5 消息類型 6 消息參數(shù)列表 7 1B 1B 1B 1B 1B 1B 1B 1B ? 長度：以字節(jié)數(shù)為單位，表明數(shù)據(jù)包的總長度。（例如 :* 5 a b ） ? 匯聚節(jié)點 ID：用一個字節(jié)表示，表明是哪個工程。 ? 消息地址：用一個表示。 ? 上傳請求時，該字段表示消息發(fā)起方源地址；上傳采集數(shù)據(jù)時，該字段為中繼 ID。 ? 若為下發(fā)控制命令時，該字段表示消息的目的地址（命令的施予方）。 注：若為通道命令時，該字段表示采集節(jié)點的邏輯地址，具體通道在作用通道中指出。 ? 流水號、消息類型：皆用一個字節(jié)表示。 ? ? 消息操作碼編碼方案 消息操作碼用 8 位表示，高四位表示消息類型編碼，全 0 全 1