【正文】 《嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)教學(xué)單位 計(jì)算機(jī)學(xué)院 學(xué) 年 20142015 學(xué) 期 第一學(xué)期 《嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告題　　目 溫室大棚智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 班 級(jí)　 2014級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專升本班 姓 名　 段嬌嬌 201496052002 　 郭小花 201496052006 　 李 珍 201496052012 魯 曼 201496052016 王宛宛 201496052022 指導(dǎo)教師　 張鵬程 肖 燕 2015年1月 9日目 錄一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的 1二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及實(shí)施案例 1三、課程設(shè)計(jì)時(shí)間地點(diǎn) 1四、課程設(shè)計(jì)要求 1五、課程設(shè)計(jì)的實(shí)施流程 1六、課程設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 2七、課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（學(xué)生完成） 21 系統(tǒng)概述 3 課題背景 3 課題簡(jiǎn)介 3 設(shè)計(jì)原理 3 課題依據(jù) 3 需求分析 4 系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu) 4 系統(tǒng)主控制硬件平臺(tái) 52 環(huán)境搭建 6 Linux宿主機(jī)環(huán)境搭建 6 VMware虛擬機(jī)安裝 6 Linux操作系統(tǒng)環(huán)境搭建要求 6 Fedora14中文界面顯示操作 6 寄生機(jī)環(huán)境開(kāi)發(fā)板運(yùn)行環(huán)境配置 8 開(kāi)發(fā)工具軟件安裝與配置 9 建立交叉編譯環(huán)境的原因 9 建立交叉編譯環(huán)境 9 vmwaretools工具的安裝 9 103設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 10 DS18B20驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 10 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介 10 硬件原理 10 溫度傳感器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 11 攝像頭驅(qū)動(dòng)移植 15 中星微攝像頭簡(jiǎn)介 15 配置編譯內(nèi)核 16 BOA服務(wù)器搭建 18 BOA服務(wù)器簡(jiǎn)介 18 BOA的編譯與移植 184 溫度監(jiān)測(cè)與視頻監(jiān)控用戶界面設(shè)計(jì) 22 HTML網(wǎng)頁(yè) 22 HTML簡(jiǎn)單介紹 22 溫度顯示界面設(shè)計(jì) 23 視頻顯示界面設(shè)計(jì) 24 24 servfox功能簡(jiǎn)介 25 265 GSM通信用戶界面設(shè)計(jì) 28 GSM基本概念 28 GSM與GPRS的區(qū)別 28 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 296 程序發(fā)布與系統(tǒng)演示 29 29 307 總結(jié) 31參考文獻(xiàn) 33嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)成績(jī)表 34嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體會(huì) 35一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的《嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)是配合其理論課程而設(shè)立的設(shè)計(jì)性實(shí)踐課程。其教學(xué)目的和任務(wù)是使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程理論的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)和掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法與知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)分析問(wèn)題和解決工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力、培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、查閱技術(shù)文獻(xiàn)、資料、手冊(cè)，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、電路圖紙繪制及編寫技術(shù)文件的基本能力。二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及實(shí)施案例利用ARM11S3C6410或ARM CortexA9Exynos4412嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)一款智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，要求具備電源、串口、網(wǎng)口、RS48GPRS/GSM模塊、液晶屏接口等資源，可以外連溫度傳感器和攝像頭等模型，并可通過(guò)短信與手機(jī)交互，利用QT/HTML開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行用戶界面設(shè)計(jì)，最終構(gòu)建簡(jiǎn)單的智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。三、課程設(shè)計(jì)時(shí)間地點(diǎn)《嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2015年1月5號(hào)~2015年1月 9日機(jī)房無(wú)課的時(shí)間。參加對(duì)象：計(jì)算機(jī)學(xué)院2012級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 1班、2班、3班，2014級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專升本班。課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：老校區(qū)，綜合樓11層。四、課程設(shè)計(jì)要求1. 分析課程設(shè)計(jì)題目的要求。2. 寫出詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明。3. 對(duì)系統(tǒng)硬件與軟件方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。4. 對(duì)軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，并進(jìn)行脫機(jī)操作，最終實(shí)現(xiàn)作品發(fā)布。（教師檢查）5. 設(shè)計(jì)完成后提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告（紙質(zhì)版和電子版）。五、課程設(shè)計(jì)的實(shí)施流程1. 嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建 （1）Linux主機(jī)環(huán)境搭建 （2）安裝交叉編譯工具及網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器等的配置 （3）編譯內(nèi)核及移植2. 系統(tǒng)硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) （1）DS18B20溫度傳感器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) （2）攝像頭驅(qū)動(dòng)移植3. 溫度監(jiān)測(cè)與視頻監(jiān)控用戶界面設(shè)計(jì) （1）溫度監(jiān)測(cè)用戶界面設(shè)計(jì) （2）視頻監(jiān)控用戶界面設(shè)計(jì)4. GSM/GPRS通信用戶界面設(shè)計(jì)5. 綜合實(shí)驗(yàn)在軟硬件聯(lián)調(diào)測(cè)試后，發(fā)布設(shè)計(jì)作品。學(xué)生完成后由指導(dǎo)教師及課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組進(jìn)行答辯評(píng)審。六、課程設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)上課出勤課堂紀(jì)律課堂互動(dòng)完成任務(wù)熟練程度項(xiàng)目進(jìn)度團(tuán)隊(duì)意識(shí)項(xiàng)目創(chuàng)新分值1010103010101010本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間為一周，四個(gè)或五個(gè)學(xué)生一組，主要以項(xiàng)目的完成進(jìn)度、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、項(xiàng)目創(chuàng)新能力為考核點(diǎn)。具體考核標(biāo)準(zhǔn)如下表所示。七、課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（學(xué)生完成）1 系統(tǒng)概述 課題背景智能農(nóng)業(yè)基于軟件平臺(tái)的溫室大棚智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合當(dāng)前新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效利用各類農(nóng)業(yè)資源和改善環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，不但可以最大限度提高農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力，而且是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。本項(xiàng)目以溫室大棚智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為研究對(duì)象，結(jié)合嵌入式技術(shù)，在硬件方面，介紹了實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)得原理及硬件要求，在滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的前提下，選用價(jià)格低、功耗低的元器件，達(dá)到減低系統(tǒng)成本的目的；在軟件方面，結(jié)合HTML網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)以及BOA服務(wù)器相關(guān)配置等實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控。 課題簡(jiǎn)介利用嵌入式技術(shù)與DS18B20數(shù)字溫度傳感器檢測(cè)溫度，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)溫度采集功能；在內(nèi)核中添加攝像頭驅(qū)動(dòng)，并重新編譯下載內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)圖像采集和顯示。針對(duì)開(kāi)發(fā)板使用的Linux系統(tǒng)移植servfox程序，實(shí)現(xiàn)視頻的發(fā)送，可以在瀏覽器和開(kāi)發(fā)板界面上顯示視頻圖像并結(jié)合GSM/GPRS收發(fā)送短信對(duì)環(huán)境起到實(shí)時(shí)監(jiān)控。 設(shè)計(jì)原理利用ARM11S3C6410核心板，設(shè)計(jì)一款智能環(huán)境監(jiān)測(cè)器，要求具備電源、串口、網(wǎng)口、GPRS/GSM模塊、液晶屏接口等資源，可以外連溫度傳感器和攝像頭等模型，并可通過(guò)短信與手機(jī)交互，構(gòu)成簡(jiǎn)單的智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 課題依據(jù)設(shè)計(jì)溫室大棚智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是為了方便和適應(yīng)現(xiàn)代化的信息管理模式。該系統(tǒng)采用數(shù)字化數(shù)據(jù)采集，模塊化處理，便于系統(tǒng)維護(hù)以及數(shù)據(jù)收集。本次課程設(shè)計(jì)以DS18B20溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度，中星微攝像頭采集數(shù)據(jù)信息為核心，利用GPRS/GSM消息發(fā)送實(shí)現(xiàn)功能，設(shè)計(jì)了智能溫度傳感器，重點(diǎn)做了傳感器和攝像頭驅(qū)動(dòng)移植的任務(wù)和硬件、軟件以及控制算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。硬件方面，介紹了系統(tǒng)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)思想、原理，并給出了系統(tǒng)各硬件原理圖；另外，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低成本和低功耗，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，盡可能選用了價(jià)格低廉和低功耗的元器件。軟件方面，采用了HTML設(shè)計(jì)網(wǎng)頁(yè)，希望通過(guò)網(wǎng)頁(yè)顯示實(shí)時(shí)采集的溫度數(shù)值和圖像。溫室大棚智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)作物的健康成長(zhǎng)和及時(shí)調(diào)整栽培、管理等措施提供及時(shí)的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)監(jiān)管自動(dòng)化。 需求分析 系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的溫度傳感器能夠監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度等參數(shù)。中星微攝像頭能夠準(zhǔn)確有效地采集溫度圖片以及數(shù)據(jù)信息，能夠根據(jù)環(huán)境參數(shù)控制加濕器、通風(fēng)扇等外圍設(shè)備的工作，并且可以根據(jù)環(huán)境參數(shù)由語(yǔ)音系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的報(bào)警提示或者建議，具有數(shù)據(jù)保存的功能。圖1和圖2分別為智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能圖和結(jié)構(gòu)圖。圖1 系統(tǒng)功能圖 圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)主控制硬件平臺(tái)本次課程設(shè)計(jì)采用博創(chuàng)科技推出的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)科研平臺(tái)UPCUP IOT6410II 型開(kāi)發(fā)板,該平臺(tái)采用基于Samsung 公司最新的S3C6410X（ARM11）嵌入式微處理器。S3C6410X 是一款16/32 的RISC 微處理器，具有低成本、低功耗、高性能等優(yōu)良品質(zhì)，適用于移動(dòng)電話和廣泛的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。 和3G 的通信服務(wù)提供優(yōu)越的性能，S3C6410X 采用64/32 位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部總線是由AXI、AHB 和APB 三部分總線構(gòu)成。S3C6410X 也包含了許多強(qiáng)大的硬件，用于提高任務(wù)運(yùn)行的速度，例如動(dòng)態(tài)視頻處理，音頻處理，2D 圖形，顯示和縮放等。它集成了多種格式編解碼器（MFC 的），支持MPEG4/。H/W 型編碼器/解碼器支持NTSC 和PAL 模式的實(shí)時(shí)視頻會(huì)議和電視輸出。三維圖形（以下簡(jiǎn)稱3D 引擎）是一種3D 圖形硬件加速器，可以更好地支持openGLES 。這個(gè)3D 引擎包括兩個(gè)可編程著色器：象素渲染和頂點(diǎn)渲染。UPCUP IOT6410II 型網(wǎng)關(guān)部分平臺(tái)如圖3所示。它可以作為計(jì)算機(jī)、電子通訊、軟件開(kāi)發(fā)等專業(yè)開(kāi)設(shè)嵌入式軟件課程的教學(xué)平臺(tái)，又可作為廣大從事PD