2.4.1系統(tǒng)功能模塊設計

根據本文中基于LoRa技術的實驗室門窗報警系統(tǒng)的設計要求，對該系統(tǒng)進行功能模塊設計，

其功能如圖所示:

基于LoRa技術的實驗室門窗報警系統(tǒng)的功能模塊主要包括硬件傳感器模塊，網關模塊，云服務器和檢測系統(tǒng)。硬件傳感器模塊包含窗磁傳感器模塊和人體紅外傳感器模塊，它們對門口窗戶進行人員出入實時檢測，是系統(tǒng)的感知部分，LoRa網關模塊對傳感器傳回的數據進行整理傳送給服務器，是系統(tǒng)的通信部分。電腦通過internet或者Wi-Fi對云服務器中的數據進行調用。

2.4.2系統(tǒng)拓撲結構設計

基于LoRa技術的實驗室門窗報警系統(tǒng)的拓撲結構如圖，通過在實驗室門窗現場進行傳感器布置來對環(huán)境進行實時監(jiān)測收集信息。然后通過lora無限網絡將感知節(jié)點的數據信息傳送給lora網關然后通過網關內在的轉換協(xié)議進行轉換在發(fā)送到云服務器，PC端通過網絡在對服務器中的數據進行調用，存儲。

2.5系統(tǒng)工作原理

前段采集模塊首先判斷PC端有無獲取命令發(fā)過來，若檢測到獲取命令，則執(zhí)行獲取命令一次，采集前端傳感器的相應狀態(tài)及數值，并通過LoRa模塊將檢測到的傳感器狀態(tài)及數值發(fā)送給網關，網關在將數據信息發(fā)送到云服務器，PC端通過網絡連接云服務器獲取數據并顯示；若沒有檢測到獲取命令，前端測量器件將進行循環(huán)測量并采集傳感器的狀態(tài)及數值，將前端狀態(tài)及數據發(fā)送給網關模塊，網關根據傳輸協(xié)議，將數據傳送到云服務器進行存儲。PC端在獲取數據后進行數據對比，若安全則直接存入數據庫，若不安全則發(fā)出警報在存入數據庫

本設計采用的是銳米網關，型號為RGWC490LA-GST,外觀如圖所示。LoRaWAN網關是連接傳感器節(jié)點和互聯(lián)網網絡的紐帶，可以實現LoRa協(xié)議與不同類型的網絡協(xié)議(以太網或WiFi)的轉換。LoRaWAN網關將數據TCP/IP協(xié)議與服務器進行通信。TCP/IP協(xié)議是目前世界上應用最為廣泛的協(xié)議，它不依賴于任何特定的計算機硬件或操作系統(tǒng)，提供開放的協(xié)議標準，而且也不依賴于特定的網絡傳輸硬件，所以TCP/IP協(xié)議能夠集成各種各樣的網絡，是連接硬件和軟件的實用工具。

4）兼容性:完全兼容LoRaWAN, 內含的協(xié)議可將數據轉換為wifi或TCP/IP傳輸至服務器端。

本實驗使用的是商業(yè)人體紅外探測器傳感器，通信方式為IO電平通信，型號為PA-465。在實際的使用過程中，人體紅外探測器傳感器通信接口默認為電平位高，當人體紅外探測器傳感器監(jiān)測到紅外光信號發(fā)生變化時，人體紅外探測器傳感器會發(fā)出報警同時通訊接口電平被拉低，報告節(jié)點發(fā)現有人經過。

人體紅外探測器傳感器的通信協(xié)議定義如下表所示：

表1 人體紅外傳感器通信協(xié)議定義

本實驗使用商業(yè)窗磁探測器傳感器，通信方式電平觸發(fā)，型號為 ZY-CC001xIO。在實際的使用工程中，窗磁探測器傳感器通信接口默認電平位低，當窗磁探測器傳感器監(jiān)測到窗體被打開時，窗磁探測器傳感器會發(fā)出報警同時通訊接口電平被拉高，通知ZXBee Lite 節(jié)點發(fā)現

LoRaWAN網關是連接傳感器節(jié)點和互聯(lián)網網絡的紐帶，可以實現LoRa協(xié)議與不同類型的網絡協(xié)議(以太網或WiFi)的轉換。LoRaWAN網關將數據

TCP/IP協(xié)議與服務器進行通信。TCP/IP協(xié)議是目前世界上應用最為廣泛的協(xié)議，它不依賴于任何特定的計算機硬件或操作系統(tǒng)，提供開放的協(xié)議標準，而且也不依賴于特定的網絡傳輸硬件，所以TCP/IP協(xié)議能夠集成各種各樣的網絡，是連接硬件和軟件的實用工具。

基于LoRa技術的實驗室門窗報警系統(tǒng)的軟件部分采用C#作為開發(fā)語言，使用VisualStudio 2012作為開發(fā)工具，數據庫采用SqlSever 2012作為開發(fā)工具，SQL作為查詢語言。

C#編程語言是2010年由微軟公司的Anders Hejlsberg和 ScottWillamette領導的開發(fā)小組專門為.NET平臺設計的語言，它可以使程序員移植到.NET上。這種移植對于廣大的程序員來說是比較容易的，因為C#從C，C++和Java發(fā)展而來，它采用了這三種語言最優(yōu)秀的特點，具有面向對象計算機語言所具有的包裝、繼承和多態(tài)的特性，是一個徹底的面向對象的計算機語言。C#語言可以創(chuàng)建Windows應用程序、Windows控制臺應用程序、Web應用程序和Web服務。另外C#語言運行的開發(fā)環(huán)境是微軟的.NETFramework, .NET Framework是萬軟面向對象的程序開發(fā)和運行平臺。Visual Studio 2012是美國微軟公司推出基于.NET Framework4.5的開發(fā)工具包，是市場上目前用于開發(fā)Windows應用程序比較流行的開發(fā)環(huán)境。

SQL Server 是一個關系數據庫管理系統(tǒng)。它最初是由Microsoft Sybase 和Ashton-Tate三家公司共同開發(fā)的，于1988年推出了第一個OS/2 版本。隨著不斷完善依次推出了2005版本，2008版本，2012版本2015版本。真正達到客戶機/服務器體系結構，圖形化用戶界面，是系統(tǒng)管理和數據庫管理更直觀和簡單。C#語言對數據庫訪問的通信橋梁是.NETFramework中用于數據庫訪問組建(ActiveX Data Objects.ADO)。SQL是與數據庫管理系統(tǒng)進行通信的標準數據庫語言，具有數據定義、數據控制和數據操縱功能，可以實現對數據庫的查詢、修改、更新和刪除。

數據庫是上位機的核心部分，數據庫建立的不合理會增加數據冗余，增加上位機開發(fā)的難度，所以要建立適合自己的數據庫，才能更好的使用上位機。上位機的數據庫名字為FDXT.mdb,

上位機軟件使用SQL Server2005數據庫，在進行軟件設計的時候需要對數據庫進行設計。

1）  用戶信息表(tb_user)

用戶信息表負責存儲用戶名字，用戶ID賬號和密碼信息，其數據結構如表所示。

2）  窗磁信息表(tb_date1)

3）人體紅外信息表(tb_date2)

3）  程序入口定義

在C#軟件中連接該數據源需要寫一些連接代碼，關鍵代碼如下：

1）  測試內容

本文硬件方面主要是進行理論性研究，因此主要測試的內容就是對軟件方面的測試，主要測試軟件是否正確，軟件功能是否滿足要求。

2）測試目的

明確實驗室門窗報警系統(tǒng)是否具有安全性，合法性以及對數據信息是否具有保密性。除此之外還要驗證是否滿足需求，并根據測試出的問題來完善需求，不斷優(yōu)化原系統(tǒng)，以確保軟件的安全和質量。

3）測試方法

測試方法是指對軟件的測試方法。對于不同類型的軟件需要用不同的測試方法，只有針對性測試，才能得出更好的結論。目前網上常用的測試方法有白盒測試和黑盒測試。黑盒測試指的是把被測軟件看成一個黑盒子，不關心它的內在結構，只在意軟件的輸入數據和輸出結果，所以黑盒測試就是軟件功能測試。白盒測試則和黑盒測試相反，是結構邏輯上的測試。根據本系統(tǒng)的功能以及需求等，測試方法選擇了黑盒測試，在知道軟件系統(tǒng)的功能及需求的條件下，從用戶的角度，通過對數據的輸入與輸出來檢測程序接口功能是否正常，將程序看做一個整體，不需要考慮系統(tǒng)內部代碼邏輯結構，主要對界面以及功能測試。黑盒測試的結果相對來說比較直觀，對后期系統(tǒng)的維護與完善具有很大的幫助。

4）測試步驟

5）測試總結

對于本次的黑盒測試結果，實例測試的實際結果與期望結果完全相同。從測試結果來看，基于LoRa技術的實驗室門窗報警系統(tǒng)的模塊鏈接沒有問題。可以實現最初的設計想法，并且在一定程度上可以滿足用戶的功能需求。后期將學習和了解更多的專業(yè)知識，不定期的進行測試和維護，記錄測試結果，不斷優(yōu)化系統(tǒng)。