【正文】 JIU JIANG UNIVERSITY 畢 業(yè) 論 文 題 目 基于嵌入式技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng) 傳感模塊驅(qū)動應(yīng)用開發(fā) 英文題目 Base on Embedded Intelligent Monitoring System Sensing Module Driver Application 院 系 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 姓 名 江軍洪 年 級 A081138 指導(dǎo)教師 劉濤 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 二 ○ 一二年 五 月 I 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 摘 要 新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠 的信息，而傳感器是獲取自然和特定環(huán)境領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在目前正蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)中尤其要用到各種傳感器來監(jiān)視和控制被控區(qū)域的各種參數(shù)，比如采集被控區(qū)域的溫度、濕度和光亮強(qiáng)度等。 該論文 首先是對基于嵌入式技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)傳感模塊驅(qū)動應(yīng)用開發(fā)的硬件平臺和軟件平臺做了簡單的陳述，并在現(xiàn)有的 條件下，講述了基于嵌入式智能監(jiān)控系統(tǒng)傳感模塊的驅(qū)動應(yīng)用開發(fā) ， 其中重點講述了 溫濕度傳感器和光亮傳感器模塊驅(qū)動 的編寫， Zigbee組網(wǎng)實現(xiàn) 以及研究編寫相關(guān)應(yīng)用程序以實現(xiàn)對單板數(shù)據(jù)的采集和控制。 關(guān)鍵詞 ： 嵌入式 ， 溫濕度傳感 器 ， 光亮傳感器 ， 數(shù)據(jù)采集 II 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 Abstract The arrival of the new technological revolution, the world began to enter the information age. In the process of the use of information, we must first solve is to obtain accurate and reliable information, the sensors are the main ways and means of access to natural and specific environmental areas. Of things is booming, in particular, to use various sensors to monitor and control the various parameters of the controlled area, such as collecting the charged region of temperature, humidity and light intensity. The paper first embedded technologybased intelligent monitoring system sensor module driven application development, hardware platforms and software platform to do a simple statement, and about the existing conditions, based on embedded intelligent monitoring system sensor module drive application development, which focuses on the preparation of temperature and humidity sensor and light sensor module driver, the Zigbee work implementation as well as research to write the application in order to achieve the veneer of data acquisition and control. Key words : Embedded， Temperature And Humidity Sensor， Light Sensor， Data Acquisition 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒論 嵌入式傳感器概述 (1) 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 (2) 課題來源 (3) 研究的意義和目的 (4) 本章小結(jié) (5) 2 系統(tǒng)需求分析 系統(tǒng)功能需求分析 (6) 系統(tǒng)硬件需求分析 (6) 系統(tǒng)軟件需求分析 (7) 本章小結(jié) (9) 3 系統(tǒng)設(shè)計 軟件的運行環(huán)境 (10) 系統(tǒng)概要設(shè)計 (11) 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計 (14) 本章小結(jié) (19) 4 嵌入式 ARMLinux 環(huán)境建立 基于 ArmLinux 系統(tǒng)的總體設(shè)計 (20) ArmLinux 交叉編譯工具鏈的建立 (21) Linux 內(nèi)核的裁剪與移植 (21) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 NFS 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)與 BOA 服務(wù)器的制作 (22) 構(gòu)建嵌入式 Linux 目標(biāo)平臺 (24) 本章小結(jié) (25) 5 系統(tǒng)實現(xiàn) 數(shù)據(jù)源端的實現(xiàn) (26) 服務(wù)器端的實現(xiàn) (32) 遠(yuǎn)程客戶端的實現(xiàn) (33) 本章小結(jié) (35) 6 系統(tǒng)測試及維護(hù) 系統(tǒng)測試 (36) 本章小結(jié) (41) 總 結(jié) 致 謝 (43) 參考文獻(xiàn) (44) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 緒論 嵌入式傳感器 概述 嵌入式系統(tǒng) [1]是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系 統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。 嵌入式系統(tǒng)一般指非 PC 系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器／微處理器、存儲器及外設(shè)器件和 I／ O 端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（要求實時和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程 [2]。 而嵌入式傳感器 正是在嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其 具有各類特有的功能。比如新型的傳感器具有 微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化 等功能。新型傳感器的發(fā)展 不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且還可能建立新型工業(yè)，從而成為 21 世 紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng) (MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)上的，目前已成功應(yīng)用在硅器件上做成硅壓力傳感器。 24GHZ 雷達(dá)傳感器 為圖 11 所示 。 圖 11 24GHZ 雷達(dá)傳感器 根據(jù)傳感器的工作原理，傳感器可以分為物理傳感器 [3]和化學(xué)傳感器。 物理傳感器是檢測物理量的傳感器。它是利用某些物理效應(yīng)，把被測量的物理量轉(zhuǎn)化成為便于處理的能量形式的信號的裝置。其輸出的信號和輸入的信號有確定的關(guān)系。主要的物理傳感器有光電式傳感器、壓電傳感器、壓阻式傳感器、電磁式傳感器、熱電式傳感器、光導(dǎo)纖維傳感器等。作為例 子，讓我們看看比較常用的光電式傳感器。這種傳感器把光信號轉(zhuǎn)換成為電信號，它直接檢測來自物體的輻射信息，也可以轉(zhuǎn)換其他物理量成為光信號。其主要的原理是光電效應(yīng)：當(dāng)光照射到物質(zhì)上的時候，物質(zhì)上的電效應(yīng)發(fā)生改變，這里的電效應(yīng)包括電子發(fā)射、電導(dǎo)率和電位電流等。顯然，能夠容易產(chǎn)生這樣效應(yīng)的器件成為光電式傳感器的主要部件，比如說光敏電阻。這樣，我們知道了光電傳感器的主要工作流程就是接受相應(yīng)的光的照射，通過類似光敏電阻 [4]這樣的器件把光能轉(zhuǎn)化成為電能， 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 然后通過放大和去噪聲的處理，就得到了所需要的輸出的電信號。這里的輸出 電信號和原始的光信號有一定的關(guān)系，通常是接近線性的關(guān)系，這樣計算原始的光信號就不是很復(fù)雜了。其他的物理傳感器的原理都可以類比于光電式傳感器?；瘜W(xué)傳感器 是 能將各種化學(xué)物質(zhì)的特性（如氣體、離子、電解質(zhì)濃度、空氣濕度等）的變化定性或定量地轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器 。 由于化學(xué)物質(zhì)種類繁多，因此化學(xué)傳感器的種類和數(shù)量也很多，各種轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換原理也各不相同，并且由于轉(zhuǎn)換機(jī)理相對比較復(fù)雜，因而化學(xué)傳感器遠(yuǎn)不如物理傳感器那樣成熟和普及。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是人類對環(huán)保的需要，人們對化學(xué)傳感器的需求日益增多，化學(xué)傳感器 也就顯得日益重要。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 與趨勢 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 傳感器應(yīng)用 進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 cm 的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到 s 的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū) 。 隨著芯片、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在出現(xiàn)了基于嵌入式技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) [5]以及嵌入式傳感器 。嵌入式系統(tǒng)也由于軟硬件可裁剪、本身體積小、實時性高、穩(wěn)定性好、支持網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點，成為工控領(lǐng)域的新熱點。基于嵌入式技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)有效的將嵌入式技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)結(jié)合在一起，可以很好的解決基于 PC 的監(jiān)控系統(tǒng)中存在的設(shè)備體積龐大、便攜性差、實時性差等問題。 在監(jiān)控現(xiàn)場利用嵌入式 傳感器 ，采用專用芯片和嵌入式操作系統(tǒng)，把單板 采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼然后傳輸?shù)娇蛻舳藢崿F(xiàn)實時監(jiān)控，有效地提高了系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。 傳感器的發(fā)展主要得益于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，而物聯(lián)網(wǎng)在中國迅速崛起得益于我國在物聯(lián)網(wǎng)方面的幾大優(yōu)勢。 （ 1） 我國 在 1999 年就啟動 物聯(lián)網(wǎng)核心傳感網(wǎng)技術(shù)研究，研發(fā)水平處于世界前列； （ 2） 在世界傳感網(wǎng)領(lǐng)域 [6]，我國是標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)國之一，專利擁有量高； （ 3） 我國是目前能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)完整產(chǎn)業(yè)鏈的國家之一； （ 4） 我國無線通信網(wǎng)絡(luò)和寬帶覆蓋率高，為物聯(lián)網(wǎng) 發(fā)展提供 堅實的基礎(chǔ)設(shè)施支持； （ 5） 我國已經(jīng)成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，有較為雄厚 的經(jīng)濟(jì)實力支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。 課題來源 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 “物聯(lián)網(wǎng)”概念的問世 ,打破了之前的傳統(tǒng)思維。過去的思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和 IT 基礎(chǔ)設(shè)施分開：一方面是機(jī)場、公路、建筑物 ,而另一方面是數(shù)據(jù)中心，個人電腦、寬帶等。而在“物聯(lián)網(wǎng)”時代，鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，在此意義上，基礎(chǔ)設(shè)施更像是一塊新的地球工地，世界的運轉(zhuǎn)就在它上面進(jìn)行，其中包括經(jīng)濟(jì)管理、生產(chǎn)運行、社會管理乃至個人生活。 物聯(lián)網(wǎng)可分為三層 ： 感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層 ，如圖 12 所示 。 應(yīng) 用 層網(wǎng) 絡(luò) 層感 知 層 圖 12 物聯(lián)網(wǎng)層次圖 感知層是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官識別物體，采集信息。感知層包括二維碼標(biāo)簽和識讀 器、RFID 標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、 GPS、傳感器、終端、傳感器網(wǎng)絡(luò) [7]等，主要是識別物體，采集信息，與人體結(jié)構(gòu)中皮膚和五官的作用相似。 網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦信息傳遞和處理。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息中心和智能處理中心等。網(wǎng)絡(luò)層將感知層獲取的信息進(jìn)行傳遞和處理，類似于人體結(jié)構(gòu)中的神經(jīng)中樞和大腦。 應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的“社會分工”與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)廣泛智能化。應(yīng) 用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合，與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)行業(yè)智能化，這類似于人的社會分工，最終構(gòu)成人類社會。 本設(shè)計就是針對上述需求對 嵌入式技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)傳感模塊驅(qū)動應(yīng)用開發(fā) 。 研究的意義和目的 物聯(lián)網(wǎng) 如 圖 13 所示 可以看作是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)張，也是未來通信信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的出現(xiàn)也極大地改變了現(xiàn)今社會人們的生活方式和理念。《中國企業(yè)報》在調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及范圍漸廣，家電產(chǎn)品也搭上了這班“順風(fēng)車”，物聯(lián)網(wǎng)冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、微波爐、熱水器等紛紛登場亮相，為人們展示了未 來 智能生活的美好圖景 。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 物聯(lián)網(wǎng)的各個物理實體連接如圖 13 所示。