第四章教學模擬軟體
第四章教學模擬軟體 1-16
4.1 系統簡介 2
4.1.1 啟動系統 3
4.1.2 COM Server 4
4.1.3 TCP Server 4
4.1.4 TCP Client 4
4.2 系統運行說明 5
4.2.1 系統狀態 5
4.2.2 Binary指令面板 6
4.2.3 接收資料面板 6
4.2.4 節點布置區 8
4.2.5 查閱節點全部腳位 8
4.2.6 Tag追蹤與定位 8
4.3 GPRS 9
4.4 Data Generator 10
4.4.1 操作說明 10
4.4.2 查看模擬資料 11
4.4.3 前置處理 11
4.5 SMS 13
4.6 Data View 14
4.7 示範案例 18
4.7.1 示範案例一 18
4.7.2 示範案例二 19
4.7.3 示範案例三 20
第四章教學模擬軟體
本章介紹筆者開發之 ZigBee 教學模擬軟體，此套模擬軟體取名為 ZigBee Simulator，內含下列功能，此套教學軟體須搭配 RunZigBee 資料庫，方能正常執 行。教學軟體僅開放四個節點，包括一個 Master 和 3 個 Client，以及兩個測試定 位用的 Tag。
z 通訊串口屬性測試 z Binary 指令測試 z DIO 功能測試 z 節點布置
z Tag 追蹤與定位 z 數位儀器資料接收 z 數位儀器資料模擬 z GPRS 模組功能測試 z SMS 模組功能測試 z 後端資料庫管理
4.1 系統簡介
圖 4.1 為系統運行之起始畫面，讀者可依需求點擊主功能表，開啟對應之 選項功能。 ↑H
圖 4.1 系統起始工作畫面
圖 4.1 之各項功能之對應工作簡述如下：
ComServer：開啟 ComPort 串口屬性表，將系統啟動成正規 ZigBee 感測網路，
此模式為系統預設模式。
TcpServer：開啟 TCP 串口屬性表，將系統啟動成伺服器。
TcpClient：開啟 TCP 串口屬性表，將系統啟動成 TCP 主控端。
GPRS：開啟 GPRS 工作表單，可將系統啟動成 GPRS 工作模組。
DataGenerator：開啟資料模擬器工作表單，可將電腦模擬成選定之儀器。
SMS：開啟簡訊工作表單，可用來傳送簡訊。
DataView：開啟資料工表作表單，可用來查閱後端資料表紀錄。
4.1.1 啟動系統
本模擬系統之啟動方式有三種，單獨使用 Comport 可將系統啟動成點型的 ZigBee 無線感測網路，同時始用 Comport 和 Tcpport，除了可啟動 ZigBee 無線感 測網路， 也可將系統啟動成伺服器，透過 Internet 與遠端主機通訊，單獨使用 Tcpport 則可將系統啟動成主控端，透過 Internet 與遠端伺服器通訊。
4.1.2 COM Server
ComServer 可用來啟動主系統，啟動前須先設定串口屬性，工作畫面如圖 4.2，讀者可自行輸入和選用相關工作屬性。圖 4.2 之各控制項用途說明如下：
圖 4.2 串口屬性表 PortNo：指定 ComPort 序號，從 1 開始。
BaudRate：設定通訊速率。
DataBit：設定資料位元數。
Parity：設定同位元檢查方式，可分別選用 N,E,O,M,S 等模式。
StopBit：設定資料停止位元，可分別選用 1, 1.5 或 2。
AutoMode：可將系統運行模式設為自動。
Auto Check DI：可自動檢查各節點之 DI 腳位。
Server：保留不用。
Data Mode：保留不用。
【Open】：開啟串口，點擊後提示字串將改變為【Close】。
【Close】：關閉串口。 ↑H
4.1.3 TCP Server
TcpServer 用來設定 TCP 伺服器，此模組主要用來啟動伺服器，以便遠端之 電腦可透過 Internet 與伺服端通訊，讀者可自行輸入和選用相關工作屬性。
點擊此功能時，系統將提示兩個下拉式子功能；
ShowTCP：開啟圖 4.3 工作畫面，用來設定 TCP 伺服器屬性。
ShowSys：切回圖 4.4 工作畫面，用來切回 IO 腳位狀態表。
圖 4.3 TCP 串口屬性表
圖 4.4 DIO 腳位狀態表 圖 4.3 之各控制項用途說明如下：
Connection Client：提示連入的 Client IP。
Cli_No：選擇要對話之 Client 代號。
Received Request：提示 Client 之請求。
Return Payload：提示 Client 傳來之 PayLoad。
【Start】：啟動伺服器，點擊後提示字串將改變為【Stop】。
【Stop】：停止伺服器。
【ShowSys】：切回 IO 腳位狀態顯示表，點擊後提示字串將改變為【ShowSys】。
系統預設之 Port 為 4199，可在後端資料庫之 SysVar 資料表，將對應 RemotePort 紀錄之預設值重設。
4.1.4 TCP Client
TcpClient 用來設定 TCP 主控端，此模組主要用來與 TcpServer 伺服端通訊 用，可讀取伺服端之系統狀態，也可用來搖控伺服端。讀者可自行輸入和選用相 關工作屬性。
↑H
圖 4.5 TcpClient 屬性表 圖 4.5 之各控制項用途說明如下：
RemoteIP：設定遠端伺服器之 IP。
RemotePort：設定通訊 Port，系統預設之 Port 為 4199，可在後端資料庫之 SysVar 資料表，將對應 RemotePort 紀錄之預設值重設。
Expired Time：設定連線通訊逾時，以秒為單位。
Request Command：設定請求伺服器之服務指令，詳細之工作指令與用途，請 參看令節說明。
【Connect】：啟動連線。
【Disconnect】：中斷連線。
【Send】：上傳指令。
4.2 系統運行說明
4.2.1 系統狀態
若啟動系統時選用自動查核 DI，圖 4.4 之介面將改變為圖 4.5 之介面，系統 預設 Pin 5 用於 DI，Pin 4 用於 DO。
圖 4.5 節點腳位狀態示意圖 圖 4.5 之控制項用途說明如下：
文字方塊：介面上之方塊代表對應節點之狀態
Alive：提示節點連線狀態，啟動系統時將填入預設之 DI 值。
【CheckAlive】：重新檢查各節點是否正常連線，N 表不正常，Y 表正常。。
DI：查核節點 DI 腳位，0 表 Low，1 表 High。
【Get Pin5】：檢查各節點DI腳位，系統設為自動檢查時，此按鈕無作用。↑H
DO：查核節點 DO 腳位，0 表 Low，1 表 High。
【Set Pin4】：重新設定對應節點 DO 腳位。
【Reset】：將各節點之腳位重設為預設值，各節點之預設值可在資料表 NodeIOSpec 中設定，其中腳號欄 2 表 Pin 4，3 表 Pin 5。
【時鐘】：提示系統當下時間。
4.2.2 Binary 指令面板
圖 4.6 提示本模擬系統之核心介面，讀者可在圖 4.6 之上半部設定 IPLink 之 Binary Command，指令明細及語法請參看第三章之說明。圖 4.6 之下半部用 於提示接收端節點之回應信息
圖 4.6 Binary Command 模擬面板 設定相關指令參數時，系統將依據下列規則：
¾ Payload Length 不要輸入，系統將依據後端之 Payload 自動計算長度，並以 十六進制表示。
¾ Check Sum 不要輸入，系統自動計算。
¾ 傳送資料時，Payload 可使用 ASCII 格式表示，點擊【TextToHex】可將 Payload 轉成十六進制之 Binary 格式。
¾ 接收到資料時，Payload 預設以十六進制之 Binary 格式表示，點擊【HesToText】
可將 Payload 轉成 ASCII 格式。
¾ 【Send Command】：將設定指令傳送至對應節點。
¾ 【Clear】：將個控制項參數清除。
4.2.3 接收資料面板
圖 4.7 介面用來提示各節點接收資料或傳送至 Master 之 Payload，圖中各控 制項之用途說明如下：
【Clear】：清除提示資料。
Data：提示原始 Payload。
Parsed Data：依儀表規格將Payload轉譯為對應資料，儀表規格可在後端資料表 MeterSpec內定義。 ↑H
【Save Data】：設定接收資料是否存檔，設為是時，接收資料將儲存在後端資料 表 GetData 內。
狀態列（面板下方）：提示系統運作狀態之相關信息。
Node No：選用工作節點。
Meter：提示配對儀表。
圖 4.7 接收資料提示面板 Data Property：提示接收資料及儀表工作條件。
以下屬性用於設定對口儀表。
Show Meter：勾選可提示儀表面板，如圖 4.8。
Upper：設定儀表上限值。
Lower：設定儀表下限值。
Unit：提示資料單位。
Intv.：設定接收資料間隔時間。
【Update Node-Meter】：更新工作條件至後端資料表 NodeSensor。
Da_No：指定提示資料段，若一個儀表可接收多種格式資料時，可指定資料段序。
↑H 圖 4.8 儀表介面
4.2.4 節點布置區
節點布置區如圖 4.9 所示，此圖用於圖示各節點之概略布置圖，若有多個樓 區，預設圖示第一區之節點。若啟動模示為非自動，或是已點擊【Find Tag】功 能，圖 4.9 將改為圖 4.10 之形式。重設樓區代號時，布置圖示將隨之改變。
圖 4.9 節點布置圖示 圖 4.10 節點布置示意圖 節點可重新布置到其它地點，首先選取目標節點，然後依序輸入 X 座標、
Y 座標及樓區，最後點擊【NodeLayout】，即可將設定值儲存在後端資料表 Node_Spec。座標是以 VB 之 Twip 為單位。
4.2.5 查閱節點全部腳位
若需查閱節點所有腳位狀態，可在選用 AC 指令後，指定參數 F，F 即可取 回對應節點之所有腳位，系統將展示腳位狀態方塊圖，如圖 4.11 上半部。若需 提示逐腳位狀態，請點擊【Pin State】，系統將自動剖析取回之 Payload 並逐腳位 顯示其對應值，如圖 4.11 下半部。
圖 4.11 查閱節點全部腳位 4.2.6 Tag 追蹤與定位
讀者若需測試Tag之追蹤與定位，可使用AB指令來測試。執行AB指令後，
系統將提示如圖 4.12-a 之介面，點擊【Get Tags】後，介面將改成時。 ↑H
圖 4.12-b 若需找尋特定之 Tag，請先選取目標 Tag，然後點擊【Find Tag】，提示 介面將改成圖 4.12-c。點擊【Stop】，可停止追蹤功能。
a b c
a b c
圖 4.12 Tag 追蹤與定位示意圖 4.3 GPRS
GPRS 用來設定 MA86-GPRS 模組之伺服端工作環境，GPRS 模組可透過 GSM 電信網路與遠端伺服器通訊。工作畫面如圖 4.13 所示，讀者可自行輸入和 選用相關工作屬性。
圖 4.13 GPRS 伺服端屬性設定表單 Link：指定通訊協定，可選用 UDP 或 TCP。
Port：設定通訊 Port，系統預設之 Port 為 4199，可在後端資料庫之 SysVar 資料 表內將對應 RemotePort 紀錄之預設值重設。
HostIP：提示與伺服器通訊中的主機 IP。
【Start】：啟動伺服器，啟動後提示字串將改為【Stop】。
Node、Pin 及 State：用來查詢或設定遠端網路節點之腳位狀態。
GPRS_ID：用來指定與遠端 GPRS 模組通訊之網路代號。
Command：下拉選用預設指令，預設指令如下：
Set IO： 設定遠端網路節點之腳位狀態
Read IO：查詢遠端網路節點之腳位狀態 ↑H
Check Alive：檢查遠端節點是否存活。
自定指令：可直接輸入合法之 Binary Command。
【Send】：傳送指令。
【Clear】：清除 Response 信息方塊內容。
Response：提示遠端網路回應信息。
GetPayload：提示遠端網路回應之 Payload。
【Clear】：清除 GetPayload 信息方塊內容。
GPRS-Pin-Value：提示遠端 GPRS 模組之腳位狀態。
4.4 Data Generator
Data Generator 用來模擬儀器量測資料，此功能可使用一台 PC 來模擬各類 之數位儀器，事前讀者可將對應之儀器資料規格定義在“MeterSpec”資料表，然 後執行此功能來自動產生資料，再透過串口將資料傳入 ZigBee 網路。點擊此功 能後，系統將提示圖 4.14 之運行介面。特別提醒讀者，使用此功能前，必須先 行定義儀表規格，以及設定對口之節點，請參看本節之前置作業說明。
圖 4.14 資料產生器起始畫面 4.4.1 操作說明
Step 1. 設定串口屬性及開啟串口。
Step 2. 選擇Usage，可選用Generate或Monitor，前者用於模擬儀表，後者用於監 控系統。 ↑H
A. Generate
Step A-1 設定資料產生，可選擇 AUTO 或 Manual，選用 AUTO 時。尚需設定產 生資料之間隔時間，間隔時間以秒為單位。
Step A-2 選擇串口節點，系統將自動提示對口之儀器名稱及預設之資料定義格 式，其中 Min、Max 及 DEC 設定值可重設（但不回存至後端資料表。
Step A-3 點擊【Gen Data】，系統將自動產生一筆資料，並自動轉成十六進制之 原儀器資料協定。
Step A-4 點擊【Send】，可將模擬資料傳送至 ZigBee 網路。若工作模式設為 AUTO，系統將每隔預設之間隔時間，自動送出一筆新的資料。
B. Monitor
Monitor 之操作方式非常類似系統主介面之操作方式，請讀者參看系統運行 說明。此功能可透過 Client 端之 PC 來監控整個感測網路之運行狀況。
4.4.2 查看模擬資料
當 Client 傳送資料後，讀者可在系統主介面接收及查看資料，工作畫面如 圖 4.15 及 16。讀者可使用兩台 PC 來分別模擬 Client 和 Server，兩台 PC 必須都 有安裝本教學軟體。若你的 PC 有兩個 Comport 的話，也可使用一台 PC 來同時 模擬 Client 和 Server，此時只須在同一個模擬系統上，分別執行 ComServer 和 DataGenerator 即可。
Client Panel Client Panel
圖 4.15 Client 端模擬資料
4.4.3 前置處理
前置處理包含兩項工作，包括儀表規格定義和節點與儀表配對定義，兩項 工作都須在後端資料庫來處理，以下詳述兩項作業之處理方式。
儀表規格定義 ↑H
請使用資料庫之“儀表規格管理表單”來定義儀表規格，定義資料將儲存在 MeterSpec 資料表內。工作介面如圖 4.17。
Server Panel Server Panel
圖 4.16 Server 端接收畫面
圖 4.17 儀表規格定義表單 圖 4.17 控制項以及對應資料表之欄位用途摘述如下：
NO：儀表代號
Sensor Name：儀表名稱。
Head：前導字元（定義格式：起始位元、長度、格式對應符號）。
Tail：結束字元（定義格式：起始位元、長度、格式對應符號）。
Data：主資料（定義格式：起始位元、長度）。
Decimal：主資料小數（定義格式：起始位元、長度、格式對應符號及說明）。
Unit：主資料單位（定義格式：起始位元、長度、格式對應符號及說明）。
Data2：副資料（定義格式：起始位元、長度）。
Decimal2：副資料小數（定義格式：起始位元、長度、格式對應符號及說明）。
Unit2：副資料單位（定義格式：起始位元、長度、格式對應符號及說明）。
Sign(+/-)：符號（定義格式：起始位元、長度、格式對應符號及說明）。 ↑H
Format：定意資料型態，分成三種包括字元、數值及二進制。
Data Len：定義傳送資料總長度（位元組）。
Baud Rate：通訊速率。
Option：通訊屬性
註：若格式對應符號有多個時，必須使用“/”分隔。
節點與儀表配對管理
請使用資料庫之“節點與儀表配對管理表單”來定義各節點搭配之儀表，工 作介面如圖 4.18。
圖 4.18 節點與儀表配對管理表單 4.5 SMS
SMS 模組可透過 GSM 電信系統傳送簡訊至遠端手機，也可接收他人傳來 之簡訊。工作畫面如圖 4.19，讀者可自行輸入和選用相關工作屬性。
【Open】：勾選可開啟串口，取消則關閉串口 圖 4.19 簡訊傳送表單
Send To：指定接收端手機號碼，可設定多組手間，號碼間以 “;” 間隔。
COM No：指定串口序號，PC 可透過指定之串口與 SMS 模組通訊。
BaudRate：指定通訊速率。
TimeOut：設定通訊逾時。 ↑H
Code：選用編碼方式，可選用 ASCII 或 Unicode。
Repeat：設定重連次數。
【Test】：測試設定功能與連線是否正常，若鄭常則接收端將收到 “Test SMS”或
“測試簡訊”
Message：輸入傳送簡訊，長度不得超過 160 個字元，中文長度減半。
【Clear】：清除簡訊方塊內容。
【Send】：傳送簡訊。
Received Message：提示接收的簡訊。
Auto Mode：勾選可將接收模示設為自動
【Read】：手動接收簡訊。
【Clear】：清除接收簡訊方塊內容。
4.6 Data View
此模組用來查閱後端資料庫內容，工作模式分成下述三種，讀者可依需求 選用合適模式。
Table View：以提示多筆形式查閱資料表紀錄。
Record View：以逐筆形式查閱資料表紀錄。
Graphic View：以圖示形式查閱資料表紀錄。
圖 4.20 資料表多筆紀錄查閱表單 Table View
Table View 工作畫面如圖 4.20，圖中各控制項用途摘述如下：
Table：下拉選擇工作資料表。
【紀錄導覽按鈕】：用於移動紀錄指標，也可以直接以滑鼠點擊對應紀錄。
【RecordView】：開啟逐筆提示工作表單。
AllowDelete：開啟刪除紀錄功能，在對應紀錄指標列按下【Del】可將紀錄刪除。
AllowUpdate：開啟更新紀錄功能，可在對應紀錄指標列處直接修改紀錄。
Node：提示對應鍵值欄名及鍵值，
本表單搭配功能表，其用途說明如下： ↑H
Filter：開啟過濾條件設定表單，可用來設定查閱紀錄之過濾條件，工作畫面如 圖 4.21。讀者可依序選擇比對欄位、比對鍵值及比較運算子，若需要可設 定一個以上比對欄位。按下【Confirm】系統將自動組合過濾條件，按下
【Reset】可取消過濾條件，按下【Close】則可依過濾條件來提示有效範 圍之紀錄。
圖 4.21 過濾條件設定表單 Reset Filter：取消前次設定之過濾條件。
Delete：勾取 AllowDelete 後，此功能將可啟，點擊此按鈕系統將詢問是否需要 刪除紀錄，若回應是時，系統將刪除全部紀鹿或依預設過濾條件刪除對 應紀錄。
Export：將指定範圍之紀錄匯出成 CSV 格式之文字檔。
DownLoad：保留不用。
Record View
Record View 工作畫面如圖 4.22，圖中各控制項用途摘述如下：
Table：下拉選擇工作資料表。
【F】：移至首筆。
【<】：移至前筆。
【>】：移至次筆。
【L】：移至末筆。
【Refresh】：將控制項資料重設為紀錄預設值。
【AddNew】：將控制項之對應紀錄新增至後端資料表。
【Delete】：將對應紀錄刪除。
【Update】：將對應紀錄更新至後端資料表。
【<<>>】：擴大對應控制項寬度，須先以滑鼠點擊對應控制項，或是下拉選取控 制項序號。
【>><<】：縮小對應控制項寬度，須先以滑鼠點擊對應控制項，或是下拉 ↑H
選取控制項序號。
【Close】：關閉工作表單。
圖 4.22 逐筆提示紀錄表單 Graphic View
Graphic View 工作畫面如圖 4.23，圖中各控制項用途摘述如下：
Node：下拉選擇目標節點。
DataUnit：下拉選擇查看對項資料單位。
Format：選擇圖示格式，分成下列幾種：
Bar：長條圖 Line：折線圖 QC：管制圖 Data：原始資料
Y-Scale：設定是否圖示 Y 軸（必要時）
GroupNO：群組資料筆數（必要時）
【Show】：圖示資料，圖 4.24 為使用折線圖之圖示範例。
圖 4.23 圖示資料工作介面
↑H
圖 4.24 折線圖範例
↑H
4.7 示範案例 4.7.1 示範案例一
圖 4.25 示範案例一運行畫面 本案例使用 13 個節點，各跌點之用圖摘述如下：
節點 0：Master。
節點 1：搭配磁簧開關，當窗戶被打開時，DI 資訊將傳送至監控端並觸發警報器。
節點 2：搭配瓦斯偵測器，當偵測到瓦斯漏氣時，DI 資訊將傳送至監控端並觸發 警報器。
節點 3：搭配煙霧偵測器，當偵測到火災時，DI 資訊將傳送至監控端並觸發警報 器。
節點 4：搭配紅外線感應器，當有人員靠近時，DI 資訊將傳送至監控端並觸發警 報器。
節點 5：搭配溫濕度感應器，用於量測溫濕度。
節點 6：搭配噪音計，用於量測噪音。
節點 7：搭配光度計，用於量測光度。
節點 8：搭配體重計，用於量測體重及自動計算 BMI 值。
節點 9：搭配生理資訊量測儀，用於量測血壓、脈博及血氧量。
節點 10：搭配求助按鈕，病患請求協助時，DI資訊將傳送至監控端。 ↑H 節點 11：搭配離床感測器，當病患起床時，DI 資訊將傳送至監控端。
節點 12：用於傳送簡訊，可依接收對應節點之 DI 來傳送預設之簡訊。
4.7.2 示範案例二
圖 4.26 示範案例二運行畫面
此案例與案例一類似，差別在於節點 8 與 9 改用兩個 MA8-GPRS 模組來傳 送。
↑H
4.7.3 示範案例三
此案例用於監控大樓之火警及逃生路線指示，分別使用下列感測節點。
圖 4.27 示範案例三運行畫面 節點 0：Master。
節點 1：搭配瓦斯偵測器，當偵測到瓦斯漏氣時，DI 資訊將傳送至監控端並觸發 警報器。
節點 2：搭配火燄感應器，當偵測到火燄時，DI 資訊將傳送至監控端並觸發警報 器。
節點 3：搭配溫度感應器，用於量測溫濕度。
節點 4：搭配煙霧偵測器，當偵測到火災時，DI 資訊將傳送至監控端並觸發警報 器。
節點 5：搭配逃生 LED 指示燈。
節點 6：搭配逃生 LED 指示燈。
TAG 63：人員配掛式 TAG，用於追蹤及定定位廠區人員。
TAG 64：人員配掛式 TAG，用於追蹤及定定位廠區人員。
↑H
