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温室大棚无人值守监控系统的设计及实现

作　者: 王贝贝
导　师: 周冬梅
学　校: 成都理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 温室大棚 ZigBee无线传感网编解码嵌入式系统 3G拨号
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

我国是一个农业大国,发展信息化的温室大棚有着无可比拟的资源优势和潜力。但是我国温室大棚目前仍处于起步阶段,存在着诸如设施结构不合理、资源浪费严重、运营管理费用高、管理技术水平低及单位面积产量低等诸多问题。所以,急需一种无人值守的监控管理系统能够对温室大棚进行实时的、动态的监控和管理。近年来,随着物联网技术的兴起、通信技术的发展和嵌入式技术的普及,基于嵌入式的监控系统和无线传感网络技术有着越来越广泛的应用空间,特别是最近几年3G网络的普及,为组建大规模的远程监控提供了条件,用户可以远程通过网络对温室大棚进行实时的监控和管理,同时网络化的视频监控系统的图像压缩技术和网络传输技术,为视频的无线传输提供了可能行。通过对温室大棚远程监控系统的需求分析和可行性的研究,提出了一种新的温室大棚无人值守监控系统方案。方案的设计主要分为三个部分：ZigBee无线传感器网络数据采集部分,嵌入式主机部分和远程服务器部分。论文主要研究了前两部分。ZigBee无线传感器网络数据采集部分包括：ZigBee终端节点,路由节点和协调器节点。终端节点上具有温湿度和光照传感器模块,终端节点只负责数据的采集和发送；路由节点具有路由的功能,同时也兼有终端节点的功能；协调器节点负责网络的搭建,同时接收其它节点发送过来的数据,再通过串口传送给嵌入式主机设备。ZigBee各个节点采用的是TI的CC2530芯片,在Z-Stack2007协议栈的基础上完成程序设计。嵌入式主机部分包括：嵌入式监控终端和3G拨号无线传输两部分。嵌入式监控终端从两方面完成数据的采集,一方面通过串口读取协调器节点传输的传感器数据,并对数据解析后进行判断,进一步实现温室设备自动化管理的功能；另一方面通过Linux系统自带的V4L2驱动模块实现视频采集,并且通过S3C6410芯片内部的MFC单元对视频数据编码压缩。同时终端通过3G无线拨号模块接入3G移动网络,再通过网络运营商的基站接入Internet网络,最终通过Internet网络将之前采集到的两部分数据传给远程服务器。远程服务器负责接收、保存数据。传感器数据保存在服务器下的数据库中,可以通过服务器端的应用软件实时显示,视频数据保存在服务器硬盘上,解码后也可以实时播放。视频采集设备采用了USB摄像头,传输采用了面向连接的TCP协议。3G拨号无线传输采用了华为的EM770W模块和联通的WCDMA标准。最终嵌入式主机能以300Kbit/s左右的速度上传数据给服务器端,服务器端能实时的播放视频和观察温室内的温湿度、光照值。同时嵌入式主机能够自动开合继电器,实现对温室内部设备(遮阳网、加湿器、吹风机、喷灌机)的自动控制,达到了无人值守、自动监控和管理的目的。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-15
  1.1 选题依据和研究意义  10-11
  1.2 国内外的研究现状  11-12
    1.2.1 国外的研究现状  11
    1.2.2 国内的研究现状  11-12
  1.3 3G技术和ZigBee技术的应用特点  12-13
    1.3.1 3G技术的应用特点  12
    1.3.2 ZigBee技术的应用特点  12-13
  1.4 研究内容和结构安排  13-15
    1.4.1 研究内容  13
    1.4.2 结构安排  13-15
第2章温室大棚无人值守监控系统的总体方案设计  15-26
  2.1 系统的总体框架  15-16
  2.2 系统的硬件平台  16-19
    2.2.1 嵌入式终端设备CPU  16-17
    2.2.2 3G模块  17
    2.2.3 CC2530开发板硬件资源详解  17-19
      2.2.3.1 CC2530核心板硬件资源分析  17-18
      2.2.3.2 CC2530终端节点上传感器的介绍  18-19
  2.3 嵌入式操作系统的选择  19-20
  2.4 嵌入式主机软件结构  20-21
  2.5 嵌入式软件设计中的关键点  21-25
    2.5.1 嵌入式主机与服务器的交互协议  21-22
    2.5.2 Makefile文件的介绍和使用  22-23
    2.5.3 Linux下设置文件开机自启动  23-24
    2.5.4 MFC多媒体编解码单元  24-25
  2.6 对嵌入式主机可靠性和实用性的要求  25-26
第3章嵌入式主机软件平台的搭建  26-37
  3.1 嵌入式开发常用工具的配置  26-29
    3.1.1 构建交叉编译工具链  26-27
    3.1.2 Linux系统下的NFS  27-28
    3.1.3 Linux系统下的TFTP  28-29
    3.1.4 VMwareTool工具的特点  29
  3.2 嵌入式Linux系统的移植  29-37
    3.2.1 BootLoader的移植  29-32
    3.2.2 内核移植  32-35
    3.2.3 根文件系统的制作  35-37
第4章 ZigBee无线传感器网络数据采集的设计  37-44
  4.1 ZigBee无线传感器部分的整体架构  37-38
  4.2 ZigBee无线网络软件程序的设计  38-44
    4.2.1 ZigBee协议栈介绍和使用  38-39
    4.2.2 节点数据包说明  39
    4.2.3 协调器程序设计  39-41
    4.2.4 终端节点程序设计  41-44
第5章嵌入式主机的软件设计  44-60
  5.1 3G拨号上网软件设计  44-46
    5.1.1 底层驱动代码的修改  44
    5.1.2 PPPD拨号程序的简要分析  44-46
    5.1.3 拨号脚本的配置  46
  5.2 嵌入式主机应用软件的设计  46-60
    5.2.1 初始化  47-49
      5.2.1.1 初始化各个全局主体对象  47-48
      5.2.1.2 编写和读取配置文件  48-49
    5.2.2 主线程  49-58
      5.2.2.1 连接交互控制服务器和登录注册设备  49-53
      5.2.2.2 视频数据的读取与编码压缩  53-56
      5.2.2.3 连接视频接收服务器及上传视频数据  56-57
      5.2.2.4 连接串口设备及上传串口数据  57-58
    5.2.3 自动化管理的实现  58-60
第6章系统测试  60-66
  6.1 测试前的准备工作  60-61
  6.2 测试结果  61-66
    6.2.1 3G拨号上网的测试  61-62
    6.2.2 视频在服务器端的播放  62-63
    6.2.3 传感器采集的数据在服务器端的实时显示  63-64
    6.2.4 自动化管理的实现  64-66
结论及建议  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-71
攻读学位期间取得学术成果  71

温室大棚无人值守监控系统的设计及实现

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