【正文】 《嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計》課程設(shè)計教學(xué)單位 計算機學(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》課程設(shè)計報告題　　目 溫室大棚智能監(jiān)測系統(tǒng) 班 級　 2014級計算機科學(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)計的性質(zhì)和目的 1二、課程設(shè)計的內(nèi)容及實施案例 1三、課程設(shè)計時間地點 1四、課程設(shè)計要求 1五、課程設(shè)計的實施流程 1六、課程設(shè)計的評價標(biāo)準(zhǔn) 2七、課程設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)（學(xué)生完成） 21 系統(tǒng)概述 3 課題背景 3 課題簡介 3 設(shè)計原理 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 52 環(huán)境搭建 6 Linux宿主機環(huán)境搭建 6 VMware虛擬機安裝 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 寄生機環(huán)境開發(fā)板運行環(huán)境配置 8 開發(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)動設(shè)計 10 DS18B20驅(qū)動設(shè)計 10 DS18B20溫度傳感器簡介 10 硬件原理 10 溫度傳感器驅(qū)動設(shè)計 11 攝像頭驅(qū)動移植 15 中星微攝像頭簡介 15 配置編譯內(nèi)核 16 BOA服務(wù)器搭建 18 BOA服務(wù)器簡介 18 BOA的編譯與移植 184 溫度監(jiān)測與視頻監(jiān)控用戶界面設(shè)計 22 HTML網(wǎng)頁 22 HTML簡單介紹 22 溫度顯示界面設(shè)計 23 視頻顯示界面設(shè)計 24 24 servfox功能簡介 25 265 GSM通信用戶界面設(shè)計 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 33嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計課程設(shè)計成績表 34嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計課程設(shè)計學(xué)習(xí)體會 35一、課程設(shè)計的性質(zhì)和目的《嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計》課程設(shè)計是配合其理論課程而設(shè)立的設(shè)計性實踐課程。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)計的基本方法與知識，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識分析問題和解決工程設(shè)計問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、查閱技術(shù)文獻、資料、手冊，進行程序設(shè)計、電路圖紙繪制及編寫技術(shù)文件的基本能力。二、課程設(shè)計的內(nèi)容及實施案例利用ARM11S3C6410或ARM CortexA9Exynos4412嵌入式開發(fā)平臺，設(shè)計一款智能環(huán)境監(jiān)測系統(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，并可通過短信與手機交互，利用QT/HTML開發(fā)環(huán)境進行用戶界面設(shè)計，最終構(gòu)建簡單的智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。三、課程設(shè)計時間地點《嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計》課程設(shè)計時間：2015年1月5號~2015年1月 9日機房無課的時間。參加對象：計算機學(xué)院2012級計算機科學(xué)與技術(shù) 1班、2班、3班，2014級計算機科學(xué)與技術(shù)專升本班。課程設(shè)計地點：老校區(qū)，綜合樓11層。四、課程設(shè)計要求1. 分析課程設(shè)計題目的要求。2. 寫出詳細設(shè)計說明。3. 對系統(tǒng)硬件與軟件方案進行詳細設(shè)計。4. 對軟硬件系統(tǒng)進行聯(lián)調(diào)，并進行脫機操作，最終實現(xiàn)作品發(fā)布。（教師檢查）5. 設(shè)計完成后提交課程設(shè)計報告（紙質(zhì)版和電子版）。五、課程設(shè)計的實施流程1. 嵌入式開發(fā)環(huán)境搭建 （1）Linux主機環(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)動設(shè)計 （1）DS18B20溫度傳感器驅(qū)動設(shè)計 （2）攝像頭驅(qū)動移植3. 溫度監(jiān)測與視頻監(jiān)控用戶界面設(shè)計 （1）溫度監(jiān)測用戶界面設(shè)計 （2）視頻監(jiān)控用戶界面設(shè)計4. GSM/GPRS通信用戶界面設(shè)計5. 綜合實驗在軟硬件聯(lián)調(diào)測試后，發(fā)布設(shè)計作品。學(xué)生完成后由指導(dǎo)教師及課程設(shè)計指導(dǎo)小組進行答辯評審。六、課程設(shè)計的評價標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)上課出勤課堂紀(jì)律課堂互動完成任務(wù)熟練程度項目進度團隊意識項目創(chuàng)新分值1010103010101010本次課程設(shè)計時間為一周，四個或五個學(xué)生一組，主要以項目的完成進度、團隊合作意識、項目創(chuàng)新能力為考核點。具體考核標(biāo)準(zhǔn)如下表所示。七、課程設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)（學(xué)生完成）1 系統(tǒng)概述 課題背景智能農(nóng)業(yè)基于軟件平臺的溫室大棚智能監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合當(dāng)前新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(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)實現(xiàn)生產(chǎn)力，而且是實現(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。本項目以溫室大棚智能監(jiān)測系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合嵌入式技術(shù)，在硬件方面，介紹了實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測設(shè)計得原理及硬件要求，在滿足系統(tǒng)設(shè)計要求的前提下，選用價格低、功耗低的元器件，達到減低系統(tǒng)成本的目的；在軟件方面，結(jié)合HTML網(wǎng)頁設(shè)計以及BOA服務(wù)器相關(guān)配置等實現(xiàn)對環(huán)境溫度的檢測和實時監(jiān)控。 課題簡介利用嵌入式技術(shù)與DS18B20數(shù)字溫度傳感器檢測溫度，設(shè)計并實現(xiàn)溫度采集功能；在內(nèi)核中添加攝像頭驅(qū)動，并重新編譯下載內(nèi)核，實現(xiàn)圖像采集和顯示。針對開發(fā)板使用的Linux系統(tǒng)移植servfox程序，實現(xiàn)視頻的發(fā)送，可以在瀏覽器和開發(fā)板界面上顯示視頻圖像并結(jié)合GSM/GPRS收發(fā)送短信對環(huán)境起到實時監(jiān)控。 設(shè)計原理利用ARM11S3C6410核心板，設(shè)計一款智能環(huán)境監(jiān)測器，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，并可通過短信與手機交互，構(gòu)成簡單的智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。 課題依據(jù)設(shè)計溫室大棚智能監(jiān)測系統(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)維護以及數(shù)據(jù)收集。本次課程設(shè)計以DS18B20溫度傳感器監(jiān)測溫度，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)送實現(xiàn)功能，設(shè)計了智能溫度傳感器，重點做了傳感器和攝像頭驅(qū)動移植的任務(wù)和硬件、軟件以及控制算法的設(shè)計與實現(xiàn)。硬件方面，介紹了系統(tǒng)各個部分的設(shè)計思想、原理，并給出了系統(tǒng)各硬件原理圖；另外，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的低成本和低功耗，在滿足設(shè)計要求的前提下，盡可能選用了價格低廉和低功耗的元器件。軟件方面，采用了HTML設(shè)計網(wǎng)頁，希望通過網(wǎng)頁顯示實時采集的溫度數(shù)值和圖像。溫室大棚智能監(jiān)測系統(tǒng)為實現(xiàn)對生態(tài)作物的健康成長和及時調(diào)整栽培、管理等措施提供及時的科學(xué)依據(jù)，同時實現(xiàn)監(jiān)管自動化。 需求分析 系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的溫度傳感器能夠監(jiān)測環(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)由語音系統(tǒng)提供實時的報警提示或者建議，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)主控制硬件平臺本次課程設(shè)計采用博創(chuàng)科技推出的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)科研平臺UPCUP IOT6410II 型開發(fā)板,該平臺采用基于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)，適用于移動電話和廣泛的應(yīng)用開發(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 也包含了許多強大的硬件，用于提高任務(wù)運行的速度，例如動態(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 模式的實時視頻會議和電視輸出。三維圖形（以下簡稱3D 引擎）是一種3D 圖形硬件加速器，可以更好地支持openGLES 。這個3D 引擎包括兩個可編程著色器：象素渲染和頂點渲染。UPCUP IOT6410II 型網(wǎng)關(guān)部分平臺如圖3所示。它可以作為計算機、電子通訊、軟件開發(fā)等專業(yè)開設(shè)嵌入式軟件課程的教學(xué)平臺，又可作為廣大從事PD