第3章 环境监测ppt课件.pptx

第3章 环境监测企想学院智能家居平台应用项目化教程第3章 环境监测企想学院l 相关知识介绍l 项目实施l 实训项目3 3l 项目描述企想学院l 项目描述4 4企想学院项目描述u 环境监测作为智能家居应用的重要基础功能，其主要用于获取各传感器采集的实时数据，并通过预处理将其展示在应用界面中。其中传感器类别主要包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器和CO2传感器等，这些传感器协调工作，将自然界中的各类非电信号转化成电信号，让用户能够全面直观的了解其周围的生活环境。5 5企想学院l 相关知识介绍6 6企想学院相关知识介绍u 信号和槽是一种高级接口，应用于对象之间的通信，它是Qt的核心特性，也是Qt区别于其它工具包的重要地方。信号和槽是Qt自行定义的一种通信机制，它独立于标准的C/C+语言，因此要正确的处理信号和槽，必须借助一个称为moc（Meta Object Compiler）的Qt工具，该工具是一个C+预处理程序，它为高层次的事件处理自动生成所需要的附加代码。u Qt支持将很多信号与单个的槽进行连接，也可以将单个的信号与很多的槽进行连接，甚至于将一个信号与另外一个信号相连接也是可能的，这时无论第一个信号什么时候发射，系统都将立刻发射第二个信号。总之，信号与槽构造了一个强大的部件编程机制。7 7u 信号槽企想学院相关知识介绍u 信号在Qt中使用信号时有以下几点注意事项：声明一个信号需要使用signals关键字做标识符，同时在signals关键字前面不允许出现public、private和protected等限定符。信号只是用作声明，因此在代码中不需要对其进行定义和实现。信号没有返回值，只能是void类型。使用信号槽时必须在类声明的最开始处添加Q_OBJECT宏。信号由moc自动产生，它们不应该在.cpp文件中实现。例如，下面定义了三个信号：signals: void mySignal(); void mySignal(int x); void mySignalParam(int x,int y);8 8u 信号槽企想学院相关知识介绍u 槽 槽是普通的C+成员函数，其可以被正常调用，它们唯一的特殊性就是很多信号可以与其相关联。当与其关联的信号被发射时，这个槽就会被调用。槽可以有参数，但槽的参数不能有缺省值。 同普通的C+成员函数一样，槽函数也分为三种类型，即 public slots、private slots 和 protected slots：public slots：在这个区内声明的槽意味着任何对象都可将信号与之相连接。这对于组件编程非常有用，开发者可以根据需要创建彼此互不了解的对象，将它们的信号与槽进行连接以便信息能够正确的传递。protected slots：在这个区内声明的槽意味着当前类及其子类可以将信号与之相连接。这适用属于类实现的一部分，但是其界面接口却面向外部的槽。private slots：在这个区内声明的槽意味着只有类自己可以将信号与之相连接。这适用于联系非常紧密的类。9 9u 信号槽企想学院相关知识介绍u 槽槽也能够声明为虚函数，这也是非常有用的。槽的声明也是在头文件中进行的。例如，下面声明了三个槽：public slots: void mySlot(); void mySlot(int x); void mySignalParam(int x,int y);1010u 信号槽企想学院相关知识介绍u 信号与槽的连接 所有从 QObject 或其子类 ( 例如 Qwidget ) 派生的类都能够包含信号和槽。因为信号与槽的连接是通过 QObject 的 connect() 成员函数来实现的。其代码使用如下： connect(sender, SIGNAL(signal), receiver, SLOT(slot); 其中 sender 与 receiver 是指向对象的指针，SIGNAL() 与 SLOT() 是转换信号与槽的宏。11 11u 信号槽企想学院相关知识介绍1212u QComboBox函数说明void addItems (const QStringList & texts)在QComboBox的最后添加一项，其中texts参数便是添加的内容。int count () const返回列表项总数。int currentIndex () const当前显示的列表项序号。QString currentText () const返回当前显示的文本。void insertItems (int index, const QStringList & list)插入一项或多项内容至序号index处。void insertSeparator ( int index)在序号为index的项前插入分隔线。void setItemText (int index, const QString & text)改变序号为index项的文本。 ComboBox是QT GUI中的下拉列表框，它用于显示特定字段的可能值列表，当单击该控件时会显示与该字段关联的值列表，用户可选择其中的一个值。QComboBox类具有如下表所示的常用方法和属性，运行效果如下图所示：企想学院l 项目实施1313企想学院项目实施u 环境监测作为智能家居应用中的重要功能之一，其主要是利用诸如温度传感器、湿度传感器、光照传感器和CO2传感器等协调工作，将自然界中的各类非电信号转化成电信号，让用户能够全面直观的了解其周围的生活环境。u 通过本项目的完成，使学生可以掌握以下技能： 能够完成功能界面的合理布局； 能够理解并灵活使用信号槽及QComboBox控件； 能够利用代码实现环境数据的实时监测功能； 能够通过调试解决代码的错误提示并保证正常编译运行。1414u 方案设计和项目目标企想学院项目实施 在上一章的工程项目基础上添加SerialThread类，其步骤如下：（1）鼠标右击SmartHome项目，在弹出的工具栏中选择“添加新文件”，如右图所示。（2）点击“添加新文件”后在弹出的“新建文件”对话框中选择“C+类”，随后单击“选择”按钮，如右图所示。1515u 添加C+类文件企想学院项目实施（3）在弹出的“C+类向导”界面中的类名对话框输入SerialThread，在基类对话框中输入QThread，其界面如右图所示，完成后单击“下一步”。（4）在弹出的“项目管理”界面单击“完成”按钮，至此C+类的添加便已完成，如右图所示。1616u 添加C+类文件企想学院项目实施（5）修改serialthread.h头文件，在其首部引入其它功能的头文件，以此实现功能模块之间的交互，因此在代码#include 下一行写入如下代码：#include posix_qextserialport.h/导入串口支持类头文件（6）随后在以上代码的下一行声明zhi3和ttys两个全局变量，其代码和注释如下所示：extern int zhi3;/用数组存储界面上QComboBox选择的参数extern QString ttys;/用于存储与服务端进行数据交换的端口号17 17u 添加C+类文件企想学院项目实施（7）在class SerialThread : public QThread函数的public中声明Posix_QextSerialPort类实例化的变量，同时在signals:中编写信号函数，其详细代码如下所示： public: explicit SerialThread(); Posix_QextSerialPort *m;/实例化串口类 void run();signals: void serialFinished(QByteArray str);/信号函数，str用于串口返回来的数据（8）打开源文件serialthread.cpp，对头文件serialthread.h中声明的zhi3和ttys两个全局变量进行初始化，其位置处于#include serialthread.h下一行，具体代码如下：int zhi3=0,0,0;QString ttys=;1818u 添加C+类文件企想学院项目实施（9）在函数SerialThread:SerialThread()中输入功能代码，其主要用于实现串口数据交换的配置，具体代码如下： struct PortSettings tty; /实例化串口，并对其进行配置 m=new Posix_QextSerialPort(/dev/+ttys,tty,QextSerialBase:Polling); /定义串口对象，指定串口名和查询模式 m-open(QIODevice:ReadWrite);/设置串口读写 m-setBaudRate(BaudRateType(zhi0); /设置波特率 m-setDataBits(DataBitsType(zhi2);/设置数据位 m-setFlowControl(FLOW_OFF); /数据流控制设置 m-setParity(ParityType(zhi1);/设置校验位 m-setStopBits(STOP_1);/设置停止位 m-setTimeout(70); /延时设置1919u 添加C+类文件企想学院项目实施（10）在程序尾部插入头文件serialthread.h中run()函数的具体功能实现，代码如下：void SerialThread:run() while(1) /对比40ms前后收到的两段数据，一直的话即读取数据 int len=m-bytesAvailable();/把接收到的包赋值 msleep(40); /延迟40ms if(len=m-bytesAvailable()/判断接受到的包是否一致 QByteArray t=m-readAll(); /读取串口缓冲区的所有数据给临时变量t emit this-serialFinished(t); /把serialFinished信号发射出去 2020u 添加C+类文件企想学院项目实施u TabWidget控件对上一章中的界面文件smart.ui进行设计，使用Tab Widget控件将其分成四个功能模块，分别是环境监测、家电控制、自动控制和数据可视，因此本部分界面中主要需要注意Tab Widget和Combo Box两个控件。其中Tab Widge控件的详细使用方法如下：（1）选择找到界面文件，在本项目中以smart.ui为例。双击“smart.ui”文件，进入图形化界面设计窗体，在窗体的左侧的Containers栏找到TabWidget图标，如右图所示。TabWidget就是Qt开发中用于页面切换的控件。2121u 修改界面布局企想学院项目实施（2）选中TabWidget图标，将它拖拽至界面中，就成功地在界面中添加了一个页面切换控件了。此时可以将TabWidget中的文本修改成符合项目需求的文本了，在此处就以“环境监测”为例。点击刚刚拖出来的TabWidget中的需修改文本的某一页，在右侧的属性栏中找到currentTabText属性，在其中输入文本“环境监测”即可，如图所示。2222u 修改界面布局企想学院项目实施（3）为了在项目以后的开发过程中，避免控件太多导致的混淆，就需要修改控件的名称，在右上角的控件列表中找到这个TabWidget，修改它的名称，在此处就以SmartHome为例，如左图所示。如果为了修改其中某一页面的控件名称，只需按照上述方法将TabWidget下面的该页面的名称修改即可，此处以第一个“环境监测”界面为例，将其名称修改为Environment，修改后的界面如右图所示。2323u 修改界面布局企想学院项目实施（4）如果要在当前页面的基础上继续增加页面，则只需单击最后一个页面，随后鼠标选择“插入页”，并在右边工具栏点击“在当前页之后”，如左图所示。插入页面的结果如右图所示，后续具体操作只需重复上述步骤即可。2424u 修改界面布局企想学院项目实施u Combo Box控件对于Combo Box控件的使用方法如下：（1）选择找到界面文件，在本项目中以smart.ui为例。双击“smart.ui”文件，进入图形化界面设计窗体，在窗体的左侧的Input Widgets栏找到Combo Box图标，如图右所示。Combo Box就是Qt开发中的组合框，这个控件是由一个文本输入控件和一个下拉菜单组成的，可以节省空间。2525u 修改界面布局企想学院项目实施（2）选中Combo Box图标，将它拖拽至界面中，就成功地在界面中添加了一个组合框了。此时可以在Combo Box中添加符合项目需求的文本了，在此处就以“光照”为例。双击刚刚拖出来的Combo Box控件，在弹出的“编辑组合框”中点击加号按钮，及新建文件按钮，如图所示。2626u 修改界面布局企想学院项目实施（3）在新建的文本框中输入“关照”，随后按照此方法依次添加所需项目，最后单击“确定”完成组合框选项设置，如右图所示。（4）为了在项目以后的开发过程中，避免控件太多导致的混淆，就需要修改控件的名称，在右上角的控件列表中找到这个Combo Box，修改它的名称，在此处就以comboBox为例，如右图所示。2727u 修改界面布局企想学院项目实施 对主界面文件smart.ui进行重新设计，其界面布局效果图如图所示：2828u 修改界面布局企想学院项目实施控件的详细信息如表所示：2929u 修改界面布局控件ID控件类别控件内容labelQLabel服务器IP:label_2QLabel端口号:label_3QLabel串口号:label_4QLabel波特率:label_5QLabel校验位:label_6QLabel数据位:label_7QLabel监测对象:label_8QLabel温度:label_9QLabel湿度:label_10QLabel人体:label_11QLabel光照:label_12QLabel烟雾:label_13QLabel燃气:label_14QLabel气压:label_15QLabelPM2.5label_16QLabelCO2:lbServerIPQLabel0.0.0.0lbPortQLabel0控件ID控件类别控件内容lbTempQLabel0lbHumidityQLabel0lbRTQLabel无人lbIllQLabel0lbSmokeQLabel0lbGasQLabel0lbAirQLabel0lbPM25QLabel0lbCo2QLabel0cbPortQComboBoxttyUSB0cbBaudQComboBox9600cbFlowQComboBox偶校验cbDataQComboBox8cbQJQComboBox光照btnLinkQPushButton打开串口btnLinkServerQPushButton连接服务器btnListenQPushButton监听btnCloseQPushButtonleMaxQLineEdit最大值:企想学院项目实施 环境监测功能主要是用于实时读取传感器采集的环境参数，并利用数值的形式展示给用户，使其对周围环境有一个量化的了解。该模块功能主要由头文件smart.h和源文件smart.cpp实现。其中smart.h的具体编写步骤如下：（1）打开头文件smart.h并修改，在其首部引入其它功能的头文件，以此实现功能模块之间的交互，因此在代码#include 下一行写入如下代码：#include login.h/导入登录功能头文件#include command.h/导入参数命令头文件#include configure.h/导入配置功能头文件#include log.h/导入日志功能头文件#include sql.h/导入数据库功能头文件#include tcpclientthread.h/导入环境参数传递至服务器操作的客户端线程类头文件#include tcpserver.h/导入网络服务端类头文件3030u 修改环境监测功能头文件和源文件企想学院项目实施3131u 修改环境监测功能头文件和源文件（2）随后在以上代码的下一行声明各环境参数的全局变量，其代码如下所示：extern QString Illumination_Value ; /光照度extern QString Temp_Value ; /温度值extern QString Humidity_Value ; /湿度值extern QString CO2_Value ; /CO2extern QString AirPressure_Value ; /气压extern QString Smoke_Value ; /烟雾extern QString Gas_Value ; /燃气extern QString PM25_Value ; /PM2.5extern volatile unsigned int StateHumanInfrared; /人体红外,1:有人。0:无人extern volatile unsigned int configboardnumberAir;extern volatile unsigned int configboardnumberCo2;企想学院项目实施3232u 修改环境监测功能头文件和源文件extern volatile unsigned int configboardnumberCurtain;extern volatile unsigned int configboardnumberFan;extern volatile unsigned int configboardnumberGasSensor;extern volatile unsigned int configboardnumberHumanInfrared;extern volatile unsigned int configboardnumberHumidity;extern volatile unsigned int configboardnumberIllumination;extern volatile unsigned int configboardnumberInfrared;extern volatile unsigned int configboardnumberLamp;extern volatile unsigned int configboardnumberPM25;extern volatile unsigned int configboardnumberRFID;extern volatile unsigned int configboardnumberSmoke;extern volatile unsigned int configboardnumberWarningLight;extern volatile unsigned int configboardnumbertemp;企想学院项目实施3333u 修改环境监测功能头文件和源文件（3）在class Smart : public QDialog函数的public中声明变量，同时在private slots中对各个事件函数进行声明，其详细代码如下所示：public: explicit Smart(QWidget *parent = 0); Smart(); Configure confg; command datas;/串口 TcpClientThread *Mytcp;/客户端 TcpServer Server;/服务器 SQL sql; Log log; QTimer *ReadTimer;/定时器 int ReadDataNum;企想学院项目实施3434u 修改环境监测功能头文件和源文件float SmokeMax,IllMax;/烟雾和光照最大值 private slots: void on_btnClose_clicked();/关闭按钮事件 void closeEvent(QCloseEvent *);/关闭服务器 void ReadData();/数据更新 void hq(QByteArray str);/接收数据并判断、更新 void on_btnLinkServer_clicked();/连接服务器按钮事件 void on_btnListen_clicked();/监听按钮事件 void on_btnLink_clicked();/连接按钮事件 void configure(QString UserName,QString Passwd,QString IP,QString Mask,QString Getway,QString Mac,QString ServerIp); /更新数据库企想学院项目实施对于登录功能源文件smart.cpp的具体操作如下：（1）打开源文件smart.cpp并修改，在函数Smart:Smart(QWidget *parent)中输入功能代码，其主要用于实现传感器信息配置和客户端实例化，具体代码如下： setWindowFlags(Qt:FramelessWindowHint);/去除界面标题栏 /传感器接口配置 configboardnumberAir=3; configboardnumberCo2=13; configboardnumberCurtain=10; configboardnumberFan=12; configboardnumberGasSensor=7; configboardnumberHumanInfrared=2; configboardnumberHumidity=4; configboardnumberIllumination=5; configboardnumberInfrared=1; configboardnumberLamp=11;3535u 修改环境监测功能头文件和源文件企想学院项目实施3636u 修改环境监测功能头文件和源文件 configboardnumberPM25=8; configboardnumberRFID=14; configboardnumberSmoke=6; configboardnumberWarningLight=9; configboardnumbertemp=4; Mytcp=new TcpClientThread();/实例化客户端 datas.SerialOpen();/打开串口 connect(&datas,SIGNAL(serialFinish(QByteArray),this,SLOT(hq(QByteArray);/信号和槽的链接 格式 信号处理对象 信号区域槽函数（执行的动作） ReadTimer=new QTimer(this);/计时器实例化 要分配地址，必须是指针 connect(ReadTimer,SIGNAL(timeout(),this,SLOT(ReadData();企想学院项目实施3737u 修改环境监测功能头文件和源文件 configboardnumberPM25=8；ReadTimer-start(3000);/3秒读一次，保证能正确接受到各个板子的信息 connect(&Server,SIGNAL(bytesArrived(QString,QString,QString,QString,QString,QString,QString),this,SLOT(configure(QString,QString,QString,QString,QString,QString,QString);/将接受到的配置网关的信号关联到槽 ui-lbServerIP-setText(ServerIP); ui-lbPort-setText(exPort); ui-SmartHome-setStyleSheet(QTabWidget:pane border-top:0px solid #e8f3f9;background: transparent; );/设置QTabWidget背景透明企想学院项目实施（3）在程序尾部插入按钮事件实现函数，这些函数均与头文件smart.h中private slots中声明的函数一一对应，其中on_btnClose_clicked()函数用于关闭客户端线程和退出界面；ReadData()函数通过遍历以读取节点板数据；hq(QByteArray str)函数用于对接收的包数据进行解析和采集；configure()函数用于将信息写入数据库，查看IP是否配置成功；on_btnLinkServer_clicked()函数用于启动客户端线程并连接服务器；on_btnListen_clicked()函数用于监听端口；on_btnLink_clicked()用于管理串口的开启和关闭。具体代码如下：/* *函数名称:on_btnClose_clicked() *函数功能:关闭程序 *返回值:空 */void Smart:on_btnClose_clicked() Server.close(); Mytcp-exit(); this-close();3838u 修改环境监测功能头文件和源文件企想学院项目实施3939u 修改环境监测功能头文件和源文件/* *函数名称:ReadData() *函数功能:读取节点板数据 *返回值:空 */void Smart:ReadData() ReadDataNum+; if(ReadDataNumstop(); 企想学院项目实施4040u 修改环境监测功能头文件和源文件/* *函数名称:hq(QByteArray str) *函数功能:信息采集 *返回值:空 */void Smart:hq(QByteArray str) if(str.length()=5 & str.length()lbAir-setText(AirPressure_Value);企想学院项目实施4141u 修改环境监测功能头文件和源文件 ui-lbCo2-setText(CO2_Value); ui-lbGas-setText(Gas_Value); ui-lbHumidity-setText(Humidity_Value); ui-lbIll-setText(Illumination_Value); ui-lbPM25-setText(PM25_Value); ui-lbRT-setText(StateHumanInfrared?有人:无人); ui-lbSmoke-setText(Smoke_Value); ui-lbTemp-setText(Temp_Value); if(IllMaxIllumination_Value.toFloat() IllMax=Illumination_Value.toFloat(); if(SmokeMaxcbQJ-currentIndex()/监测光照数据和烟雾数据的最大值并显示在界面上 case 0: ui-leMax-setText(最大值:+QString:number(IllMax); break; case 1: ui-leMax-setText(最大值:+QString:number(SmokeMax); break; 企想学院项目实施4343u 修改环境监测功能头文件和源文件/* *函数名称:closeEvent(QCloseEvent *) *函数功能:closeEvent重载 *返回值:空 */void Smart:closeEvent(QCloseEvent *)/关闭服务器，自带关闭事件 Server.close(); Mytcp-exit();/* /* *函数名称:configure(QString UserName, QString Passwd, QString IP, QString Mask, QString Getway, QString Mac, QString ServerIp)*函数功能:写入数据库，查看IP是否配置成功 *返回值:空 */ 企想学院项目实施4444u 修改环境监测功能头文件和源文件void Smart:configure(QString UserName, QString Passwd, QString IP, QString Mask, QString Getway, QString Mac, QString ServerIp) if(sql.SqlQueryCount()=1) if(!sql.SqlAddRecord(UserName,Passwd,IP,Mask,Getway,Mac,ServerIp)/数据库增加记录 log.WriteLog(Add Record failure); 企想学院项目实施4545u 修改环境监测功能头文件和源文件 else if(sql.SqlQueryCount()=2)/否则更新数据库 if(!sql.SqlUpdateRecord(UserName,Passwd,IP,Mask,Getway,Mac,ServerIp) log.WriteLog(Update Record failure); if(!confg.ConfigureIP() /配置网关ip log.WriteLog(Configure IP failure); else QProcess:execute(QString(reboot);/实现重启企想学院项目实施4646u 修改环境监测功能头文件和源文件/* *函数名称:on_btnLinkServer_clicked() *函数功能:连接服务器 *返回值:空 */void Smart:on_btnLinkServer_clicked() Mytcp-start(); ui-btnLinkServer-setText(已连接服务器);企想学院项目实施4747u 修改环境监测功能头文件和源文件/* *函数名称:on_btnListen_clicked() *函数功能:端口监听 *返回值:空 */void Smart:on_btnListen_clicked() if(!Server.listen(QHostAddress:Any,exPort.toFloat() qDebug()close(); ui-btnListen-setText(已监听);企想学院项目实施4848u 修改环境监测功能头文件和源文件/* *函数名称:on_btnLink_clicked() *函数功能:串口开启或关闭 *返回值:空 */void Smart:on_btnLink_clicked() ui-btnLink-text()=打开串口?ui-btnLink-setText(关闭串口):ui-btnLink-setText(打开串口); if(ui-btnLink-text()=打开串口) disconnect(&datas,SIGNAL(serialFinish(QByteArray),this,SLOT(hq(QByteArray); 企想学院项目实施4949u 修改环境监测功能头文件和源文件 else ttys=ui-cbPort-currentText(); switch(ui-cbBaud-currentIndex() case 0: zhi0=12; break; case 1: zhi0=15; break; case 2: zhi0=19; break; switch(ui-cbFlow-currentIndex() case 0: zhi1=2; break; case 1: zhi1=0; break; 企想学院项目实施5050u 修改环境监测功能头文件和源文件 switch(ui-cbData-currentIndex() case 0: zhi2=3; break; case 1: zhi2=2; break; case 2: zhi2=1; break; datas.SerialOpen(); connect(&datas,SIGNAL(serialFinish(QByteArray),this,SLOT(hq(QByteArray); 企想学院项目实施 将库文件lib-SmartHomeGateway-X86.so复制到项目构建目录中，随后单击Qt Creator中的运行按钮即可，其运行效果图如下图所示。5151u 编译运行企想学院l 实训项目5252企想学院实训项目u 对原有程序中数据最大值监测功能进行改进，使其不仅能够监测光照数据和烟雾数据的最大值，还能够监测温度数据的最大值，并将该值显示在界面上的对应区域，其界面如下图所示。如果读者感兴趣还可以尝试编写CO2、燃气和气压等参数的最大值监测功能。5353