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嵌入式多参数环境智能监测系统的设计与实现

作　者: 赵干
导　师: 俞立；董辉
学　校: 浙江工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 环境监测系统 ARM Linux操作系统 物理信号滤波 运动目标检测
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 26次
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内容摘要


随着社会发展,科技进步,以及人们环保意识的增强,环境安全已经成为社会关注的焦点。日常生活中的环境要素例如空气、饮用水的监测对于健康生活来说是至关重要的;而工业中的生产、运输、存储领域中也有相关参数需要监测,尤其是直接影响产品质量的关键性指标。当参数出现异常时,需要环境监测系统能够实时报警并通知相关人员采取必要的措施,从而避免重大损失。因此,环境的实时监测具有重要的现实意义。目前,环境监测设备向着智能化、应用场合多样化的方向发展,而传统意义上对物理信号的单一监测已经无法适应这种趋势,因此研发多参数、智能化、低成本的嵌入式环境智能监测系统具有重要的理论意义和应用价值,本文正是在这种研究背景下,提出以ARM微处理器和嵌入式Linux操作系统为核心的嵌入式环境智能监测系统,实现了对复杂物理信号与多路视频信号的实时监控、传输,同时,结合物理信号滤波及运动目标检测算法完成系统的智能报警,实现了环境监测系统的智能化、网络化、系统化。本文的主要工作和研究成果如下:1.在对嵌入式多参数环境监测系统进行需求分析的基础上,设计了系统硬件总体架构,采用ARM9微处理器S3C2440A构建硬件平台,完成了对USB接口、网络接口、串口、电源等模块的电路设计与实现,移植了U-BOOT、Linux操作系统,完成了对系统平台软、硬件的开发。2.开发对环境信号的采集、显示、报警以及传输于一体的应用软件。对于物理信号,再检测出危险信号后报警。而对于视频信号,将采集到的图像通过网络传输到PC机端,同时解码并显示在环境检测平台上,然后对运动目标进行检测,实现智能报警。3.针对环境监测参数单一、物理信号处理存在偏差的缺点,提出了滑动平均滤波和限幅滤波相结合的方法。实验证明,该算法从复杂物理信号中还原的数据值更加接近环境真实值。从而使异常信号的报警更加稳定可靠。4.针对多路视频监控的要求,对于数据量较大的视频信号,采用了改进的帧间差法和背景差法相结合的运动目标检测方法,克服了背景适应性差、阴影干扰和运动目标提取存在空洞的缺点,实现了智能化监控的要求。5.对本文的研究成果进行总结,并提出了需要进一步研究和改进的问题。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章 绪论  11-20
  1.1 研究的背景和意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-18
    1.2.1 嵌入式系统的发展  12-15
    1.2.2 多参数环境智能监测系统  15-16
    1.2.3 运动目标检测算法  16-18
  1.3 主要研究内容  18-19
  1.4 本文的结构安排  19-20
第2章 多参数环境监测系统平台的研究与设计  20-34
  2.1 系统平台的总体方案设计  20
  2.2 系统硬件平台的研究与设计  20-26
    2.2.1 微处理器S3C2440A  21-23
    2.2.2 SDRAM  23-24
    2.2.3 USB 接口电路  24-25
    2.2.4 物理信号采集电路  25-26
  2.3 嵌入式Linux 系统移植  26-34
    2.3.1 系统引导代码U-BOOT 的移植  26-28
    2.3.2 交叉编译系统的建立  28-29
    2.3.3 linux 内核裁剪  29-32
    2.3.4 文件系统的制作  32-34
第3章 多参数环境监测系统应用软件设计与实现  34-46
  3.1 软件整体方案设计  34-35
  3.2 数据采集模块设计与实现  35-38
    3.2.1 物理信号采集  35-37
    3.2.2 视频信号采集  37-38
  3.3 数据显示与报警模块设计与实现  38-42
    3.3.1 QT 平台搭建  38-39
    3.3.2 显示界面的设计与实现  39-41
    3.3.3 系统报警模块的设计与实现  41-42
  3.4 数据传输模块设计与实现  42-44
    3.4.1 服务器端设计  42-43
    3.4.2 客户器端设计  43-44
  3.5 系统软硬件测试  44-46
第4章 多参数环境监测系统的信号处理  46-66
  4.1 物理信号滤波  46-51
    4.1.1 滤波算法分析  46-50
    4.1.2 改进的滤波算法  50
    4.1.3 算法仿真结果  50-51
  4.2 运动目标检测算法  51-66
    4.2.1 运动目标检测算法  51-54
    4.2.2 改进的运动目标检测算法  54-62
    4.2.3 运动目标检测算法结果比较分析  62-66
第5章 总结与展望  66-68
  5.1 总结  66-67
  5.2 展望  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
攻读学位期间参加的科研项目和成果  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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