物联网应用系统综合设计 医院婴儿防盗系统.docx

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物联网应用系统综合设计医院婴儿防盗系统

《物联网应用系统综合设计》课程

代码：

题目：

医院婴儿防盗系统

专业：

物联网工程班级：

2012级

学号：

2012XXXXX姓名：

XXXX

XXXX大学

201x年x月xx日

评语

成绩：

教师签字：

年月日：

目录

摘要..................................................................................................................1

第1章绪论....................................................................................................2

1.1研究背景和意义................................................................................2

1.2医院婴儿防盗系统现状系统现状....................................................2

第2章关键技术分析....................................................................................3

2.1Zigbee.................................................................................................3

2.2Socket技术………………...............................................………….4

2.3Web服务器编程....……………………...........................………….5

第3章需求分析............................................................................................6

3.1功能需求............................................................................................6

3.2性能需求............................................................................................6

第4章系统设计.............................................................................................7

4.1总体架构............................................................................................7

4.2模块设计............................................................................................7

第5章UI设计................................................................................................8

5.1各功能UI...........................................................................................8

5.2系统测试.............................................................................................8

第6章结论.....................................................................................................14

摘要

当前医院婴儿偷盗事件时有发生，其外因有他人绑架、报复、收养等；内因有护理人员行为过失，医院监控不当等。

为解决婴儿防盗问题，需要做到首先规范流程，其次进行必要的技术保障。

本系统从技术保障角度着手设计实现。

系统采用分层技术架构，涉及系统涉及到射频识别技术、无线通信技术、嵌入式技术、网络通信技术、数据库技术和计算机技术等方面。

系统主要设计和实现如下功能：

1.修改ZStack协议栈，获取节点Mac，并封装到数据包，以便于唯一标示节点；2.使用Socket编程，连接到试验箱，进行数据收发与处理；3.设计数据库、表、字段，优化数据库模式。

4.搭建婴儿防盗监控网站，实现实时在线节点状态查看处理、节点登记、节点注销、管理员信息操作等。

关键词:

婴儿防盗；ZStack；ZigBee；Socket；数据库设计；

第1章绪论

1.1研究背景和意义

对于很多家庭来说，生活的重心就是孩子，因为孩子身上寄托着一家人的希望。

可与此同时，社会上还有一些不法分子，他们出于种种目的，一再地将罪恶的手伸向那些可爱的孩子，多少家庭因此而陷入困境。

医院是婴儿被盗事件的主要地点，母婴同室是婴儿医院被盗事件的主要场所。

婴儿被盗、错抱事件给社会带来极大的危害，给医院及家属带来灾难性的后果。

婴儿盗窃或错抱根源有1.婴儿犯罪团伙利益熏心，犯罪人员伪装成家属或医院内部工作人员伺机作案；2.婴儿家属可能在极端情况下（如婴儿先天缺陷），采用自盗的方式以索取医院赔偿；3.医院内部人员有可能出于某种动机盗窃或调换婴儿；4.医院管理落后或工作疏忽造成婴儿丢失或抱错。

1.2医院婴儿防盗系统现状

“医院婴儿防盗系统”目前实现整体特色如下：

实时监控、主动防护。

病区内使用的婴儿标签每隔一定时间上报（心跳）数据，从而实现婴儿安全的主动防护功能；设备故障实时检测与报警提示、防止设备被恶意破坏。

"医院婴儿防盗系统"是通过在医院监控区安装信号接收装置和出口监视器，在婴儿身上配戴可发送RF射频信号的标签和温度信号温度传感器结合的硬件系统来实现安全监护功能。

信号接收装置能随时接收到婴儿电子标签所发出的RF信号，据此信号判断婴儿安全状态，实现对企图盗窃婴儿行为及时报警提示并追踪信号。

系统提高了医院的管理水平和管理层次，从根本上防止了婴儿被人从医院内盗走，同时防止婴儿错抱，有效保护了婴儿安全，保障各方权益。

第2章关键技术分析

2.1Zigbee

2.1.1简介

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。

根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。

主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。

ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。

2.1.2ZigBee组网方式

组建一个完整的ZigBee网络分为两步：

第一步是协调器初始化一个网络；第二步是路由器或终端加入网络。

加入网络又有两种方法，一种是子设备通过使用MAC层的连接进程加入网络，另一种是子设备通过与一个先前指定的父设备直接加入网络。

一、协调器初始化网络

 协调器建立一个网络并处于允许设备加入网络的状态，然后等待其它节点加入网络。

二、节点加入网络

 一个节点加入网络有两种方法，一种是通过使用MAC层关联进程加入网络，另一种是通过与先前指定父节点连接而加入网络。

子节点通过与指定的父节点直接连接加入网络，这个时候父节点预先配置了子节点的64位扩展地址。

2.1.3系统中的应用

系统中传感器节点之间采用了ZigBee组网方式，通过无线射频方式将数据发送到网关。

并且对其中的通信协议进行了修改，协议数据包中添加了节点MAC地址，以唯一标识节点。

2.2Socket

2.2.1简介

网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。

Socket作为BSDUNIX的进程通信机制，通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。

在Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。

每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。

2.2.2Socket通信过程

Socket通信过程如图所示

2.2.3系统中的应用

系统采用了Python语言编写实现了服务器端数据处理服务器。

通过Socket主动连接到试验箱，其Ip地址和端口为“192.168.1.20，8888”。

2.3Web服务器编程

2.3.1简介

LAMP指的Linux（操作系统）、ApacheHTTP服务器，MySQL（有时也指MariaDB，数据库软件）和PHP（有时也是指Perl或Python）的第一个字母，一般用来建立web应用平台。

其中：

Apache是使用中最受欢迎的一个开放源码的WEB服务器软件。

MySQL是多线程、多用户的SQL数据库管理系统。

PHP是一种编程语言最初设计生产动态网站。

PHP是主要用于服务器端的应用程序软件。

2.3.3系统中的应用

系统使用了Apache作为Web服务器，采用了PHP作为服务端脚本语言，采用了MySql作为数据库。

第3章需求分析

3.1功能需求

医院婴儿防盗系统有以下功能需求：

1.可以准确地唯一标识每个孩子

2.可以实时地信息采集、传输和处理

3.孩子所穿戴节点离线后，系统及时提醒

4.孩子所穿戴节点离开监控区域后，系统及时警告提醒

5.监控端方便部署，兼容性强，能适应多系统平台

5.详尽的日志记录，以便于取证分析

6.系统可以重复利用多次

3.2性能需求

医院婴儿防盗系统有以下性能需求

1.节点功耗低，使用时间长

2.实时性高，节点发送消息短

3.系统运行时间，7×24小时不间断运行

4.数据库处理延时<0.1秒

5.Web服务端最低内存128M，CPU最低频率:

1GHz

第4章系统设计

4.1总体架构

4.1.1系统分层架构

4.1.2系统工作流程

4.2模块设计

4.2.1数据库模块设计

4.2.2Web服务器网站设计

第5章UI设计

5.1各功能UI

5.1.1UI设计简介

系统呈现给用户的是Web端服务程序，因此UI设计部分主要是浏览器前端部分，采用Web前端CSS框架BootStrap实现。

Bootstrap中包含了丰富的Web组件，根据这些组件，可以快速的搭建一个漂亮、功能完备的网站。

其中包括以下组件：

下拉菜单、按钮组、按钮下拉菜单、导航、导航条、路径导航、分页、排版、缩略图、警告对话框、进度条、媒体对象等。

5.1.2Web网站UI

如5.13节测试所示

5.2系统测试.

5.2.1登陆

5.2.2登记节点

首先刷卡登记RFID

然后选择待登记的孩子条目进行登记绑定

登记成功后回显登记状态

5.2.3实时监控

正常情况下,安全状态显示绿色正常标识

非正常情况下,安全状态实时显示黄色警告或红色危险标识,并显示备注信息

当孩子离开监控区域，提示危险,并显示备注信息

5.2.4注销节点

点击注销按钮即可注销一个节点

第6章结论

本次实训历时一周，时间比较紧凑，要求比较严格。

但我没有因此降低对自己的要求。

在最后一小时顺利完成。

实训转折点在周四下午6点。

再次之前，我尝试了5、6个试验箱，烧写检验了几十个节点，最终还是没有找到一种相对完善的方案。

最终不得不放弃这些试验箱，借用别人的新的试验箱。

从周四晚上开始，10多小时编程调试，最终完成项目。

这次意外主要原因是中软试验箱节点损坏较为严重，耽误了4天时间。

但是，深入思考，主观原因才是更致命的。

当初不应该如此偏执任性。

自以为开发不难因此敢投入大量时间检查、烧写测试节点。

系统开发虽然只有一天，但是采用敏捷开发方式，极限马拉松式编程。

将模块功能一点点快速叠加上去并保证测试通过。

这次实训给我留下深刻印象，让我体验到系统设计一些思想：

1.敢想敢做。

借助搜索引擎和阅读Zstack源码，成功修改通信协议；

对于UI设计，采用流行CSS库BootStrap，急用现学；

2．及时总结、思考与改变。