發(fā)布時(shí)間：2017-06-28 05:07

  本文關(guān)鍵詞：基于Arm-Linux嵌入式植物生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：伴隨信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,各行各業(yè)均產(chǎn)生了翻天覆地的變化。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)管理、農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)和農(nóng)業(yè)服務(wù),采集來(lái)自于農(nóng)田、溫室、園林等各個(gè)環(huán)境信息。結(jié)合我國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)際情況,本文選取了具有高性?xún)r(jià)比的ARM芯片,輔之以開(kāi)源且免費(fèi)的嵌入式操作系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了一種采用基于微處理器ARM9架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng),結(jié)合圖像、溫濕度傳感器及有線網(wǎng)絡(luò),用于對(duì)植物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。為后續(xù)科學(xué)化的施肥、施藥、信息預(yù)警和科學(xué)管理、決策提供技術(shù)支持。本文首先根據(jù)當(dāng)前形勢(shì)和背景說(shuō)明環(huán)境信息監(jiān)控系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用,闡述了開(kāi)發(fā)相關(guān)產(chǎn)品的必要性。分析國(guó)內(nèi)外環(huán)境監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,結(jié)合我國(guó)自身國(guó)情,提出了使用以ARM9架構(gòu)的微處理器為核心的控制平臺(tái)與嵌入式Linux系統(tǒng)平臺(tái),利用傳感器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)遠(yuǎn)程植物環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。然后,根據(jù)功能需求搭建系統(tǒng)硬件平臺(tái)。嵌入式控制芯片使用三星公司的s3c2440,并結(jié)合相關(guān)外圍電路,來(lái)作為系統(tǒng)的控制和服務(wù)中心;選用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器來(lái)對(duì)環(huán)境溫濕度進(jìn)行采集;使用中星微ZC0301攝像頭來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行采集;遠(yuǎn)程監(jiān)控使用B/S架構(gòu),依靠PC端瀏覽器進(jìn)行信息監(jiān)控。在制定總體方案之后,對(duì)硬件平臺(tái)各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)介紹。在完成系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭建之后,開(kāi)始軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì),將采用自下而上的思想,以底層平臺(tái)的構(gòu)建為開(kāi)始,介紹實(shí)現(xiàn)原理和開(kāi)發(fā)過(guò)程。其中系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為兩部分:操作系統(tǒng)平臺(tái)的搭建及應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。先進(jìn)行操作系統(tǒng)平臺(tái)的搭建,包括:建立交叉編譯環(huán)境,用以生成適用于本平臺(tái)的可執(zhí)行文件;移植BootLoader程序,用以引導(dǎo)操作系統(tǒng)的運(yùn)行;配置,移植linux內(nèi)核,用以提供服務(wù)給底層可編程部件,并提供運(yùn)行環(huán)境給上層應(yīng)用程序;使用Busy Box1.6工具制作了基于NAND Flash的JFFS2文件系統(tǒng),用以對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理。操作系統(tǒng)平臺(tái)搭建完成之后,實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集工作,通過(guò)編寫(xiě)并加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)及開(kāi)發(fā)信息采集應(yīng)用程序來(lái)完成。本文根據(jù)DHT11芯片的工作流程,設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序,編譯完成后加載入內(nèi)核;給操作系統(tǒng)植入usb驅(qū)動(dòng)補(bǔ)丁,之后對(duì)內(nèi)核重新配置,編譯生成新的內(nèi)核,增添了對(duì)usb攝像頭驅(qū)動(dòng)的支持;移植sqlite數(shù)據(jù)庫(kù),并建立溫濕度歷史記錄表;在圖像采集的過(guò)程中使用了Linux操作系統(tǒng)提供的v4l編程接口,根據(jù)采集圖像流程設(shè)計(jì)圖像采集程序;根據(jù)溫濕度采集流程編寫(xiě)數(shù)據(jù)采集程序。接下來(lái),利用嵌入式web監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。包括:在已搭建完成的系統(tǒng)平臺(tái)上移植嵌入式WEB服務(wù)器,用以接受客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求,給客戶(hù)機(jī)提供可以瀏覽的網(wǎng)頁(yè);編寫(xiě)CGI程序,用以對(duì)環(huán)境溫濕度信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;使用JAVA語(yǔ)言編寫(xiě)瀏覽器客戶(hù)端JAVA Applet小程序,用于對(duì)采集到的圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)播放;最后使用html語(yǔ)言制作網(wǎng)頁(yè)客戶(hù)端,作為展示界面,包括系統(tǒng)主界面,溫濕度歷史記錄顯示界面,實(shí)時(shí)視頻播放界面。之后,實(shí)現(xiàn)嵌入式服務(wù)器程序。主要使用網(wǎng)絡(luò)套接字、多線程技術(shù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集線程和處理客戶(hù)端請(qǐng)求。為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度及減小系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo),使用了線程池技術(shù)來(lái)進(jìn)行線程的管理,當(dāng)線程池的處理能力不足時(shí),利用動(dòng)態(tài)調(diào)整思想對(duì)線程池內(nèi)線程數(shù)量進(jìn)行調(diào)整,增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后,對(duì)軟硬件平臺(tái)搭建及資源部署完成后的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明,系統(tǒng)能夠及時(shí)準(zhǔn)確采集環(huán)境溫濕度及圖像信息,并具有遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)展示功能,為后續(xù)功能擴(kuò)展與完善奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：嵌入式系統(tǒng) 溫濕度傳感器 圖像采集 web遠(yuǎn)程監(jiān)控
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S126;TP277;TP316.81
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-13
• 1.1 課題背景和意義10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國(guó)外研究概況10-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究概況11-12
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容12-13
• 第2章 系統(tǒng)總體方案及硬件平臺(tái)介紹13-24
• 2.1 功能需求分析13
• 2.2 系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì)13-15
• 2.3 硬件平臺(tái)介紹15-24
• 2.3.1 目標(biāo)板設(shè)計(jì)15-21
• 2.3.2 攝像頭的選取21-22
• 2.3.3 溫濕度傳感器22-24
• 第3章 系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)24-41
• 3.1 嵌入式系統(tǒng)的組成24-25
• 3.2 交叉編譯環(huán)境的建立25-26
• 3.3 自舉程序開(kāi)發(fā)和移植26-31
• 3.3.1 Bootloader介紹26
• 3.3.2 Bootloader啟動(dòng)過(guò)程分析26-27
• 3.3.3 U-Boot介紹27
• 3.3.4 U-Boot詳細(xì)配置和移植27-31
• 3.4 Linux內(nèi)核的定制和移植31-36
• 3.4.1 Linux內(nèi)核概述31-32
• 3.4.2 Linux內(nèi)核構(gòu)成和結(jié)構(gòu)32
• 3.4.3 Linux內(nèi)核定制和移植32-36
• 3.5 根文件系統(tǒng)的制作36-41
• 3.5.1 根文件系統(tǒng)概述36
• 3.5.2 常見(jiàn)的文件系統(tǒng)類(lèi)型36-37
• 3.5.3 Busybox工具包介紹和配置37-38
• 3.5.4 根文件系統(tǒng)制作與移植38-41
• 第4章 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集程序開(kāi)發(fā)41-53
• 4.1 嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)41-45
• 4.1.1 Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)41
• 4.1.2 溫濕度傳感器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)41-44
• 4.1.3 攝像頭驅(qū)動(dòng)移植44-45
• 4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)45-46
• 4.2.1 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)介紹45
• 4.2.2 嵌入式開(kāi)發(fā)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的需求45-46
• 4.2.3 SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)建立46
• 4.3 視頻采集程序的設(shè)計(jì)46-51
• 4.3.1 Linux中V4L2的簡(jiǎn)介46-49
• 4.3.2 圖像采集的實(shí)現(xiàn)49-50
• 4.3.3 模塊功能設(shè)計(jì)50
• 4.3.4 采集線程與客戶(hù)端的交互50-51
• 4.4 溫濕度采集程序的設(shè)計(jì)51-53
• 第5章 嵌入式WEB監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)53-62
• 5.1 嵌入式WEB監(jiān)控技術(shù)53-54
• 5.1.1 C/S(Client/Server)模式53
• 5.1.2 B/S(Browser/Server)模式53-54
• 5.1.3 基于B/S結(jié)構(gòu)的WEB遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)54
• 5.2 嵌入式WEB服務(wù)器移植54-55
• 5.2.1 WEB設(shè)備監(jiān)控模型54
• 5.2.2 WEB服務(wù)器選擇54
• 5.2.3 Boa服務(wù)器的移植54-55
• 5.3 CGI網(wǎng)頁(yè)交互程序設(shè)計(jì)55-57
• 5.3.1 CGI技術(shù)概述55-56
• 5.3.2 CGI程序工作過(guò)程56
• 5.3.3 CGI網(wǎng)頁(yè)交互程序設(shè)計(jì)56-57
• 5.4 使用Java顯示視頻57-59
• 5.4.1 Java進(jìn)行視頻動(dòng)態(tài)顯示的原理57
• 5.4.2 基于Java的視頻接收程序57-59
• 5.5 網(wǎng)頁(yè)客戶(hù)端設(shè)計(jì)59-62
• 5.5.1 HTTP協(xié)議介紹59
• 5.5.2 HTML網(wǎng)頁(yè)客戶(hù)端的設(shè)計(jì)59-62
• 第6章 服務(wù)器程序?qū)崿F(xiàn)及系統(tǒng)測(cè)試62-72
• 6.1 客戶(hù)端與服務(wù)器的通信實(shí)現(xiàn)62-65
• 6.1.1 套接字socket介紹62-63
• 6.1.2 服務(wù)器端使用socket建立通信63-65
• 6.2 終端服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)65-69
• 6.2.1 多線程機(jī)制65
• 6.2.2 線程池介紹65-66
• 6.2.3 線程池動(dòng)態(tài)調(diào)整66-67
• 6.2.4 服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)67-69
• 6.3 系統(tǒng)測(cè)試69-72
• 6.3.1 建立測(cè)試環(huán)境69
• 6.3.2 測(cè)試步驟69-70
• 6.3.3 視頻監(jiān)控測(cè)試70
• 6.3.4 溫濕度監(jiān)控測(cè)試70-72
• 結(jié)論72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-76
• 攻讀學(xué)位期間取得學(xué)術(shù)成果76

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本文編號(hào)：492598