【正文】 .................................... 24 參考文獻(xiàn) ............................................................ 25 附錄 ................................................................ 26 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)簡介 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的概念 無線傳感網(wǎng)絡(luò) [1]（ Wireless Sensor Network）簡稱 WSN，它是由大量靜止 或者移動的傳感器節(jié)點(diǎn)有組織的分布在一定區(qū)域而構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)所覆蓋區(qū)域內(nèi)對象的監(jiān)測信息，并報(bào)告給用戶。傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能會因?yàn)橐恍┮蛩?而改變，如環(huán)境因素或電能耗盡造成的傳感器節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或失效， 傳感器、感知對象和觀察者都可能具有移動性等。 正是由于它的體積小，成本低，可靠性高，能夠完成特定的功能，所以在一些特定的場合非常適用 嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是 基于單片機(jī)的 。硬件是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，而軟件是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的靈魂 。C/OSII，嵌入式Linux， VxWorks 以及 Wince 等。 ? 消費(fèi)電子領(lǐng)域。日常生活中，帶有 USB 接口的設(shè)備隨處可見，有鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)、掃描儀、攝像頭、 U 盤等幾乎所有的外圍設(shè)備。 如圖 22 圖中的集線器（ Hub）是一組 USB 的連接點(diǎn)，主機(jī)中有一個(gè)被嵌入的集線器叫根集線器（ root Hub）。每個(gè) 通信流最終到達(dá)設(shè)備上某個(gè)對應(yīng)的端口。 ? 等時(shí)傳輸類型支持周期性、有限的時(shí)延和帶寬且數(shù)據(jù)傳輸速率不變的外設(shè)與主機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。 USB KEY 現(xiàn)代社會網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)普及，各種交易都在網(wǎng)上進(jìn)行，因此網(wǎng)絡(luò)安全問題受到人們的普遍關(guān)注。其工作原理主要是，通過電化學(xué)磷傳感器檢測溶液中有機(jī)磷的殘留量并轉(zhuǎn)化成微電信號，再由信號檢測電路及 AD轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)化后的信號發(fā)送給控制單元 ARM 控制電路，然后控制模塊使用 USB總線技術(shù) 將數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī) PC，最后是 PC 機(jī)完成數(shù)據(jù)的分析和處理。除了作為一個(gè)單一的芯片， WUSB 也可以以集成電路的形式集成進(jìn)母板，集成卡和各種設(shè)備。 USB 主機(jī) USB主機(jī)控制器驅(qū)動負(fù)責(zé)檢測 USB設(shè)備的連接和拆除，管理 USB接口之間的通信和 USB數(shù)據(jù)的傳輸，為 USB設(shè)備提供電源，其硬件本身一般都是一個(gè) PCI的設(shè)備，主機(jī)控制器驅(qū)動涉及到 PCI設(shè)備的驅(qū)動，因此在這里就不討論主機(jī)控制器驅(qū)動的開杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 發(fā)。由于本課題中 USB攝像頭用到的驅(qū)動是 Linux內(nèi)核提供的萬能驅(qū)動，其實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜，因此在這里就不過多的闡述，感興趣的讀者可以參考內(nèi)核源代碼 USB驅(qū)動模塊。插槽是普通的 C++成員函數(shù)，可以被正常調(diào)用，它們唯一的特殊性就是很多信號可以與其相關(guān)聯(lián)。app,SLOT(quit()))。 輸出引線： +：直流 12V 正極（ +）紅色線； ：公共線（地線），接直流負(fù)極（ ）及輸出信號地線（黑色線）。 主控模塊 主控模塊采用廣州天嵌公司的 TQ2440 開發(fā)板，利用它可以大大縮短項(xiàng)目的開發(fā)周期。 無線通信的應(yīng)用已深入到我們生活和工作的各個(gè)方便，包括日常使用的手機(jī)、無線電話等，其中 3G、 WLAN、 UWB、 藍(lán)牙、寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)、數(shù)字電視都是 21世紀(jì)最熱門的無線通信技術(shù)應(yīng)用。 UBOOT 的配置和編譯 ? 選擇使用的開發(fā)板： make smdk6410_config ? 編譯生成 文件： make CROSS_COMPILE=armlinux 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 ? 映像下載到開發(fā)板： tftp 0x30000000 ? nand erase 0x0 0x30000 ? nand write 0x30000000 0x0 0x30000 內(nèi)核移植 ? 首先需要將內(nèi)核源代碼清理干凈： make distclean ? 接著就是配置內(nèi)核： make menuconfig ARCH=arm ? 然 后 就 可 以 編 譯 內(nèi) 核 和 內(nèi) 核 模 塊 ： make ARCH=arm CROSS_COMPILE=armlinux ? 最后就是安裝內(nèi)核模塊： make modules_install INSTALL_MOD_PATH=$(INSTALL) 完成以上四個(gè)步驟后， linux 內(nèi)核鏡像就在 arch/arm/boot 目錄下，內(nèi)核模塊安裝在$(INSTALL)目錄下。make install. 交叉開發(fā)環(huán)境搭建 嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)與通常的軟件開發(fā)的區(qū)別主要是編譯和調(diào)試。 Qtopia 開發(fā)環(huán)境 首先是解壓源碼包到根目錄下： tar –jxvf –C / 執(zhí)行特定平臺的配置文件： source 設(shè)置環(huán)境變量： source setARM_QteEnv 環(huán)境搭建好就可以開發(fā) qt 程序了。從本質(zhì)上講設(shè)備驅(qū)動程序主要負(fù)責(zé)硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫、參數(shù)配置與中斷處理 ，本節(jié)主要介紹 A/D 驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)以及對 USB 設(shè)備驅(qū)動程序的框架做一個(gè)簡單的介紹，下圖說明了 Linux 驅(qū)動程序的運(yùn)行原理。 （ 4）視頻的實(shí)時(shí)顯示 由于攝像頭輸出的數(shù)據(jù)是 YUV4:2:2 格式的， 而 qt 版本過低，并不支持 RGB格式的數(shù)據(jù)，因此需要先將 YUV 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 RGB 數(shù)據(jù)，然后還需將 RGB 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為特定格式圖片數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)中是將它轉(zhuǎn)化為 JPEG 格式的文件，視頻采集的數(shù)據(jù)往往很快，但是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化需要耗費(fèi)很多時(shí)間， 導(dǎo)致 最終視頻顯示有將近 1S 的延遲，而且視頻的連續(xù)性也不 是很好。 Tutorial 14: multisensor data fusion[R], IEEE Instrumentation amp。 //執(zhí)行命令 unsigned long argu = adcarg。 //將字符型數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)化為整型 if(tempdata=0) //有效數(shù)據(jù) data = tempdata。newBuffer, 0, 0, (), () )。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 double Ynew, Yold。midBuffer,().x()+1, ().y()+1, ()2, () )。pDrawCurve) { //建立三個(gè)界面的緩沖 bitBlt(amp。 sscanf(buffer,%d,amp。 //存儲采集數(shù)據(jù)的臨時(shí)緩存 int fd = adcfd。 De Cecco, M。 解決辦法： 第一，通過通用的 I/O 口，模擬 A/D 接口的邏輯，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采樣； 第二，采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，將單通道采樣實(shí)現(xiàn)為多通道采樣； （ 3）波形顯示效率 因?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)是通過每讀一個(gè)數(shù)據(jù)就在界面上顯示，這樣大大的降低了顯示的效率，雖然采樣的速度很快，但是實(shí)際上數(shù)據(jù)的更新必須要等到顯示完成之后，因此采樣的數(shù)據(jù)被覆蓋，這導(dǎo)致了有時(shí)不能采樣到有效的數(shù)據(jù)，靈敏度不是很好。 驅(qū)動程序開發(fā) Linux 系統(tǒng)中包含字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三類基本的設(shè)備驅(qū)動 。make install ? 配置 gdbserver:./configure –target = armtq2440linuxgnu ? 編譯 gdbserver： make CC=armlinuxgcc 之后將 gdbserver 下載到開發(fā)板上。make menuconfig。 UBOOT 支持的命令很多，比如設(shè)置環(huán)境變量： ? Setenv serverip 設(shè)置服務(wù)器 IP 地址為 ； ? Setenv bootargs ?console=ttySAC0 root=/dev/mtdblock2 rootfstype=yaffs2 init=/linuxrc?設(shè)置內(nèi)核默認(rèn)的控制臺為第一個(gè)串口，根文件系統(tǒng)所在的設(shè)備是塊設(shè)備第二個(gè)分區(qū)，文件系統(tǒng)類型為 yaffs2，初始化執(zhí)行程序?yàn)?/linuxrc。 無線通信技術(shù)簡介 無線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信，微波是一種無線電波，它傳輸?shù)木嚯x一般只有幾十千米 ，但微波的頻帶很寬，通信容量大，微波通信需要每隔幾十千米要建一個(gè)微波中繼站。我們使用的攝像頭就是普通的 CCD 型，分辨率為 320X240，輸出的數(shù)據(jù)格式為 YUV4:2:2，利用 linux 內(nèi)核自帶的 USB 類進(jìn)行驅(qū)動，通過 Video4linux 編程接口訪問 USB 攝像頭。 微音監(jiān)聽器 微音監(jiān)聽器專為 CCTV 音頻監(jiān)聽設(shè)計(jì)，是采用目前世界最先進(jìn)之運(yùn)放王，加上高保真微音拾音器，結(jié)合成為一個(gè)能與任何音頻輸入之功放連接，能直接監(jiān)聽現(xiàn)場微型聲音。 Qobject::connect(amp。只有定義了這個(gè)信號的類及其派生類才能夠發(fā)射這個(gè)信號。 一般 USB設(shè)備驅(qū)動的開發(fā)包括以下步驟： ? 實(shí)現(xiàn) usb_driver結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的 file_operations結(jié)構(gòu)； ? 在模塊的加載函數(shù)中調(diào)用 usb_register函數(shù)向內(nèi)核注冊設(shè)備，在模塊的卸載函數(shù)中調(diào)用 usb_deregister函數(shù)注銷設(shè)備； ? 調(diào)用 usb_alloc_urb函數(shù)分配一個(gè) urb，調(diào)用相關(guān)的填充函數(shù)（如中斷 urb用 usb_fill_int_urb）構(gòu)造一個(gè) urb，記得實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的完成函數(shù)，因?yàn)橹鳈C(jī)控制器返回 urb時(shí)會調(diào)用完成函數(shù)，用 usb_submit_urb向內(nèi)核提交 urb； ? 在完成函數(shù)中完成后續(xù)操作，可以重新提交 urb，也可以釋放 urb。這個(gè)平臺可以連接至少 127 個(gè)從設(shè)備或 USB 端口的醫(yī)療請求，因此，用戶可以很容易的通過 PDA 或者 GPRS 遠(yuǎn)程通信設(shè)備控制盒連接遠(yuǎn)程檢查設(shè)備和控制設(shè)備，這樣系統(tǒng)就變得成本低而且更加人性化。 無線 USB USB 技術(shù)使得許多的外圍設(shè)備很容易接入計(jì)算機(jī)，但是當(dāng)這些設(shè)備都接入時(shí)，這些有線的設(shè)備聚集在一起就變得很繁雜，為了解決這個(gè)問題，一些廠商就開始發(fā)布無線 USB 的產(chǎn)品，現(xiàn)在無線 USB 的設(shè)備也很常見，如鼠標(biāo)、鍵盤燈， 據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在的 USB 設(shè)備中有 %是無線 USB 設(shè)備，相信這個(gè)數(shù)據(jù)會逐年增加。認(rèn)證客戶端主要包括一個(gè) USB KEY 作為用戶資源訪問認(rèn)證的物理設(shè)備，還包括讀取和操作 USB KEY 的驅(qū)動程序，用戶在向認(rèn)證服務(wù)器注冊時(shí)，管理員在用戶的 USB KEY 中寫于標(biāo)識 KEY 的唯一 ID 號、用戶客戶端認(rèn)證信息以及認(rèn)證服務(wù)器的公鑰， 同時(shí)認(rèn)證服務(wù)器在本地的數(shù)據(jù)庫中為用戶生成注冊信息，這樣用戶就成為了網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)器的合法用戶，用戶要訪問資源服務(wù)器必須要有網(wǎng)絡(luò)密鑰和 USB KEY，這樣有了雙重保障才讓網(wǎng)絡(luò)更安全?；?USB 總線的虛擬儀器系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)模塊用于數(shù)據(jù)處理， USB 接口模塊用于計(jì)算機(jī)模塊和單片機(jī)模塊的通信，單片機(jī)模塊是為了控制被 測設(shè)備，這是虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用的平臺。 USB支持四種基本的數(shù)據(jù)傳輸模式：控制傳輸，等時(shí)傳輸，中斷傳輸和批量傳輸。 主 機(jī)邏 輯 設(shè) 備 邏 輯 設(shè) 備 邏 輯 設(shè) 備 邏 輯 設(shè) 備 圖 23 USB 的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) USB 的數(shù)據(jù)流 傳輸 USB是為主機(jī)軟件和它的 USB應(yīng)用設(shè)備問的通信服務(wù)的，對客戶與應(yīng)用間不同的交互， USB設(shè)備對數(shù)據(jù)流有不同的要求。 USB是基于令牌的總線，類似于令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)， USB 主機(jī)廣播令牌，總 線上設(shè)備檢測令牌中的地址是否與自己的相符，通過接收或發(fā)生數(shù)據(jù)來響應(yīng)主機(jī)。 USB 發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)代，從 1996 年推出 USB (LowSpeed)，支持最大的傳輸速率為 ，然后是 USB 支持 12Mbps(FullSpeed) ，接著是(HighSpeed) 支持 480Mbps ， 最 后 就 是 現(xiàn) 在 的 支持5Gbps(SuperSpeed)（目前還沒有普及），但是這些數(shù)據(jù)都是理論上的，現(xiàn)實(shí) 中根本就達(dá)不到這個(gè)速度。 ? 智能家居領(lǐng)域。嵌入式操作系統(tǒng)主要用于系統(tǒng)硬件和軟件資源的分配、任務(wù)調(diào)度、控制以及保證它們協(xié)調(diào)工作，它位于硬件和應(yīng)用軟件之間 。綜上，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。在應(yīng)用中傳感器節(jié)點(diǎn)被放置在沒有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的地方，傳感器節(jié)點(diǎn)的位置不能預(yù)先精確設(shè)定，所以這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)具有自組織的能力，能夠自動進(jìn)行配置和管理，通過拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 Cross Development。它主要由 前臺系統(tǒng)和后臺系統(tǒng)組成。 本文 主要是研究無線傳感網(wǎng)絡(luò)中前臺嵌入式系統(tǒng)的 實(shí)現(xiàn)，簡單介紹了無線通信模塊的相關(guān)內(nèi)容 ，詳細(xì)論述了信號采集和信息處理的具體實(shí)現(xiàn)，其中包括硬件部分和軟件部分。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)一般由一個(gè)小型的嵌入式系 統(tǒng)組成，負(fù)責(zé)完成傳感器信號的采集，數(shù)據(jù)的存儲以及信息的傳輸?shù)裙δ?，它融合了傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)這三大信息技術(shù) ，實(shí)現(xiàn)了 真正意義上的 網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)