基于LoRa技术的实验室门窗报警系统的软件设计

2.4.1系统功能模块设计

根据本文中基于LoRa技术的实验室门窗报警系统的设计要求，对该系统进行功能模块设计，

其功能如图所示:

基于LoRa技术的实验室门窗报警系统的功能模块主要包括硬件传感器模块，网关模块，云服务器和检测系统。硬件传感器模块包含窗磁传感器模块和人体红外传感器模块，它们对门口窗户进行人员出入实时检测，是系统的感知部分，LoRa网关模块对传感器传回的数据进行整理传送给服务器，是系统的通信部分。电脑通过internet或者Wi-Fi对云服务器中的数据进行调用。

2.4.2系统拓扑结构设计

基于LoRa技术的实验室门窗报警系统的拓扑结构如图，通过在实验室门窗现场进行传感器布置来对环境进行实时监测收集信息。然后通过lora无限网络将感知节点的数据信息传送给lora网关然后通过网关内在的转换协议进行转换在发送到云服务器，PC端通过网络在对服务器中的数据进行调用，存储。

2.5系统工作原理

前段采集模块首先判断PC端有无获取命令发过来，若检测到获取命令，则执行获取命令一次，采集前端传感器的相应状态及数值，并通过LoRa模块将检测到的传感器状态及数值发送给网关，网关在将数据信息发送到云服务器，PC端通过网络连接云服务器获取数据并显示；若没有检测到获取命令，前端测量器件将进行循环测量并采集传感器的状态及数值，将前端状态及数据发送给网关模块，网关根据传输协议，将数据传送到云服务器进行存储。PC端在获取数据后进行数据对比，若安全则直接存入数据库，若不安全则发出警报在存入数据库

本设计采用的是锐米网关，型号为RGWC490LA-GST,外观如图所示。LoRaWAN网关是连接传感器节点和互联网网络的纽带，可以实现LoRa协议与不同类型的网络协议(以太网或WiFi)的转换。LoRaWAN网关将数据TCP/IP协议与服务器进行通信。TCP/IP协议是目前世界上应用最为广泛的协议，它不依赖于任何特定的计算机硬件或操作系统，提供开放的协议标准，而且也不依赖于特定的网络传输硬件，所以TCP/IP协议能够集成各种各样的网络，是连接硬件和软件的实用工具。

4）兼容性:完全兼容LoRaWAN, 内含的协议可将数据转换为wifi或TCP/IP传输至服务器端。

本实验使用的是商业人体红外探测器传感器，通信方式为IO电平通信，型号为PA-465。在实际的使用过程中，人体红外探测器传感器通信接口默认为电平位高，当人体红外探测器传感器监测到红外光信号发生变化时，人体红外探测器传感器会发出报警同时通讯接口电平被拉低，报告节点发现有人经过。

人体红外探测器传感器的通信协议定义如下表所示：

表1 人体红外传感器通信协议定义

本实验使用商业窗磁探测器传感器，通信方式电平触发，型号为 ZY-CC001xIO。在实际的使用工程中，窗磁探测器传感器通信接口默认电平位低，当窗磁探测器传感器监测到窗体被打开时，窗磁探测器传感器会发出报警同时通讯接口电平被拉高，通知ZXBee Lite 节点发现

LoRaWAN网关是连接传感器节点和互联网网络的纽带，可以实现LoRa协议与不同类型的网络协议(以太网或WiFi)的转换。LoRaWAN网关将数据

TCP/IP协议与服务器进行通信。TCP/IP协议是目前世界上应用最为广泛的协议，它不依赖于任何特定的计算机硬件或操作系统，提供开放的协议标准，而且也不依赖于特定的网络传输硬件，所以TCP/IP协议能够集成各种各样的网络，是连接硬件和软件的实用工具。

基于LoRa技术的实验室门窗报警系统的软件部分采用C#作为开发语言，使用VisualStudio 2012作为开发工具，数据库采用SqlSever 2012作为开发工具，SQL作为查询语言。

C#编程语言是2010年由微软公司的Anders Hejlsberg和 ScottWillamette领导的开发小组专门为.NET平台设计的语言，它可以使程序员移植到.NET上。这种移植对于广大的程序员来说是比较容易的，因为C#从C，C++和Java发展而来，它采用了这三种语言最优秀的特点，具有面向对象计算机语言所具有的包装、继承和多态的特性，是一个彻底的面向对象的计算机语言。C#语言可以创建Windows应用程序、Windows控制台应用程序、Web应用程序和Web服务。另外C#语言运行的开发环境是微软的.NETFramework, .NET Framework是万软面向对象的程序开发和运行平台。Visual Studio 2012是美国微软公司推出基于.NET Framework4.5的开发工具包，是市场上目前用于开发Windows应用程序比较流行的开发环境。

SQL Server 是一个关系数据库管理系统。它最初是由Microsoft Sybase 和Ashton-Tate三家公司共同开发的，于1988年推出了第一个OS/2 版本。随着不断完善依次推出了2005版本，2008版本，2012版本2015版本。真正达到客户机/服务器体系结构，图形化用户界面，是系统管理和数据库管理更直观和简单。C#语言对数据库访问的通信桥梁是.NETFramework中用于数据库访问组建(ActiveX Data Objects.ADO)。SQL是与数据库管理系统进行通信的标准数据库语言，具有数据定义、数据控制和数据操纵功能，可以实现对数据库的查询、修改、更新和删除。

数据库是上位机的核心部分，数据库建立的不合理会增加数据冗余，增加上位机开发的难度，所以要建立适合自己的数据库，才能更好的使用上位机。上位机的数据库名字为FDXT.mdb,

上位机软件使用SQL Server2005数据库，在进行软件设计的时候需要对数据库进行设计。

1）  用户信息表(tb_user)

用户信息表负责存储用户名字，用户ID账号和密码信息，其数据结构如表所示。

2）  窗磁信息表(tb_date1)

3）人体红外信息表(tb_date2)

3）  程序入口定义

在C#软件中连接该数据源需要写一些连接代码，关键代码如下：

1）  测试内容

本文硬件方面主要是进行理论性研究，因此主要测试的内容就是对软件方面的测试，主要测试软件是否正确，软件功能是否满足要求。

2）测试目的

明确实验室门窗报警系统是否具有安全性，合法性以及对数据信息是否具有保密性。除此之外还要验证是否满足需求，并根据测试出的问题来完善需求，不断优化原系统，以确保软件的安全和质量。

3）测试方法

测试方法是指对软件的测试方法。对于不同类型的软件需要用不同的测试方法，只有针对性测试，才能得出更好的结论。目前网上常用的测试方法有白盒测试和黑盒测试。黑盒测试指的是把被测软件看成一个黑盒子，不关心它的内在结构，只在意软件的输入数据和输出结果，所以黑盒测试就是软件功能测试。白盒测试则和黑盒测试相反，是结构逻辑上的测试。根据本系统的功能以及需求等，测试方法选择了黑盒测试，在知道软件系统的功能及需求的条件下，从用户的角度，通过对数据的输入与输出来检测程序接口功能是否正常，将程序看做一个整体，不需要考虑系统内部代码逻辑结构，主要对界面以及功能测试。黑盒测试的结果相对来说比较直观，对后期系统的维护与完善具有很大的帮助。

4）测试步骤

5）测试总结

对于本次的黑盒测试结果，实例测试的实际结果与期望结果完全相同。从测试结果来看，基于LoRa技术的实验室门窗报警系统的模块链接没有问题。可以实现最初的设计想法，并且在一定程度上可以满足用户的功能需求。后期将学习和了解更多的专业知识，不定期的进行测试和维护，记录测试结果，不断优化系统。