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一、实验目的

1. 了解智慧楼宇通风系统的设计原理。

2. 了解智慧楼宇通风系统的底层开发框架。

3. 掌握智慧楼宇通风系统的 Android 应用与 Web 应用开发设计。

二、实验内容

1. 系统设计分析

1.1 项目背景

智慧楼宇通风系统是智能楼宇系统中一个重要的组成部分，在自动模式下，智慧楼宇通风系统会根据采集楼宇的空气质量传感器数据与我们设置的阈值作比较，当数据高于阈值时启动风机，同时可以定时开关风机进行通风换气。手动模式下可以手动开启或者关闭风机。

1.2 功能分析

智慧楼宇通风系统功能设计分两个大模块：设备采集和控制、系统设置。

设备采集和控制功能模块：分为空气质量传感器数据采集，风扇的控制。

系统设置功能模块：服务器 ID、IDKey、服务器地址参数设置与连接；传感器 MAC 地址获取与设置；系统软件版本查询与显示。

1.3 系统架构

智慧楼宇通风系统采用物联网项目架构进行设计，由感知层、网络层和应用层组成，如图所示。

2. 系统底层开发框架

2.1 开发框架

智云框架是在应用接口和 SAPI 接口上搭建起来的，通过合理调用这些接口，使项目的开发形成一套系统的开发逻辑。具体应用接口在 sensor.c 文件中实现，包括：传感器初始化、控制设备的操作、传感器数据的采集、报警信息的实时响应、系统参数的配置更新等，函数列表如下所示。

3. 移动端应用设计

3.1 智云接口

针 对 Android 移动应用程序开发 ， 智云平台提供应用接口库 ： libWsnDroid-20230206.jar

（applibslibWsnDroid-20230206.jar），用户只需要在编写 Android 应用程序时，先导入该jar 包，然后在代码中调用相应的方法即可。

具体接口介绍可参考实验 5 智云 Android 应用接口。

3.2 工程框架

Android Studio 开发环境中看到的本项目的工程目录如图所示，系统工程框架说明如下表所示。

4. Web 端应用设计

4.1 智云接口

针对 Web 应用开发，智云平台提供 JavaScript 接口库（jsWSN 文件夹），用户直接调用相应的接口即可完成简单 Web 应用的开发。

具体接口介绍可参考实验 4 智云 Web 应用接口。

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4.2 工程框架

Web 应用默认显示运营首页，首页上设计有空气质量显示模块、风机控制模块、模式切换模块、定时器设置模、阈值设置模块五个模块实现楼宇通风系统，如图所示。

历史数据页面可以查询显示空气质量的历史数据，如下图所示：

更多信息页面的功能主要是智云服务连接配置界面，本页面分为三个子功能，通过列表进行切换显示，IDKey列表项通过设置智云服务 ID 与 IDKey 调用智云 Web 应用接口连接到智云服务器，MAC设置列表项显示设备 MAC 地址，版本信息列表项显示版本信息与升级，如下图所示。

三、实验步骤

1. 实验部署

本实验基于 xLab 实验平台来构建一套智慧楼宇通风系统，需要准备以下设备（可通过硬件物元仿真平台软件创建虚拟的硬件，也可以使用 xLab 实验平台真实的硬件）：

1）采集类节点（Sensor-A）：采集类传感器包括温湿度、光强、空气质量、气压高度、三轴、距离。

2）控制类节点（Sensor-B）：控制类传感器包括风扇、步进电机、蜂鸣器、LED、RGB、继电器。

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2. 原型搭建

2.1 创建项目

可参考实验 7 的原型仿真步骤来创建项目。2.2 运行项目

可参考实验 7 的原型仿真步骤来运行项目。

根据本实验的要求开启 Sensor-A 和 Sensor-B，大约 15s 后传感器数据开始上传并更新。

传感器打开成功：

3. 应用体验

3.1 Android 应用程序运行

1）Android Studio 模拟器

传感器打开成功：

3. 应用体验

3.1 Android 应用程序运行

1）Android Studio 模拟器用 Android Studio 软件打开本实验目录下的工程BuildingVentilation-as，然后在模拟器上运行。

打开主界面显示如下:

这时系统设备的右上角状态显示为离线，需要通过更多信息界面设置服务器 ID 与 IDkey 连接智云服务器。这里使用智云 ID 与 IDkey 进行连接，需同智云服务配置工具中使用配置一致。

传感器节点 MAC 设置，手动输入对应无线节点的 MAC 信息，并保存。

连接服务器成功后切换到系统主界面可看到设备状态更新为在线,可以在界面选择切换模式：

a. 自动模式：可以通过滑动空气质量阈值控制风机，或者通过定时开关控制风机。

定时开关控制：在开启的时间自动打开灯、关闭的时间自动关闭风机，时间以虚拟机的时间为准。

注意：在进行定时开关控制之前应消除阈值对风机状态的影响。

b. 手动模式：可以通过按钮控制风机的开关。

切换到历史数据界面可以查看空气质量的历史数据信息：

2）Android 手机

将本实验目录下的BuildingVentilation.apk下载到手机，之后在文件管理中找到需要安装的 apk文件。然后点击进去，进入 apk 文件界面之后点击继续安装继续安装即可。

打开主界面显示如下:

参考1）Android Studio 模拟器设置服务器 ID、IDkey 以及传感器节点，之后观察设备更新状态。

注意：运行完毕，最好将硬件物元仿真平台和 Android 应用程序的数据全部清除，以免影响后续

Web 应用程序运行结果。

3.2 Web 应用程序运行

智慧楼宇通风系统的 Web 端应用无需安装，打开本实验目录下的工程BuildingVentilation-web，

将其中的 index.html 文件在 Chrome 浏览器上运行显示。

主界面显示如下

连接服务器成功后切换到系统主界面可看到设备状态更新为在线,可以在界面选择切换模式：

a. 自动模式：可以通过滑动空气质量阈值控制风机。

b. 手动模式：可以通过按钮控制风机开关。

切换到历史数据界面可以查看空气质量的历史数据信息：

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