【正文】 ........................ 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................................... 2 WSNs 的農(nóng)業(yè)應(yīng)用 ................................................... 2 網(wǎng)關(guān)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................... 3 問題的提出 .......................................................... 5 研究目的和內(nèi)容 ..................................................... 6 2 WSNs 茶園旱情監(jiān)測網(wǎng)關(guān)總體設(shè)計(jì) ......................................... 7 概述 ............................................................... 7 網(wǎng)關(guān)的定義 ....................................................... 7 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................... 7 網(wǎng)關(guān)功能分析 ..................................................... 8 基于茶園旱情監(jiān)測的 WSNs 網(wǎng)關(guān)特征 .................................... 9 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)概要 ...................................................... 10 處理器的選型 .................................................... 10 操作系統(tǒng)選型 .................................................... 12 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 .............................................. 13 本章小結(jié) .......................................................... 13 3 網(wǎng)關(guān)硬件平臺(tái) ........................................................ 14 系統(tǒng) CPU 部分 ...................................................... 15 系統(tǒng)存儲(chǔ)模塊 ...................................................... 16 FLASH 存儲(chǔ)器 ..................................................... 16 系統(tǒng) SDRAM 部分 .................................................. 17 SD 卡接口電路 .................................................... 18 網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程接入接口 .................................................. 18 以太網(wǎng)接口電路 .................................................. 18 PCMCIA 接口電路 .................................................. 19 系統(tǒng)本地連接接口 .................................................. 20 USB 接口電路 ..................................................... 20 串口電路 ........................................................ 21 JTAG 接口電路 ................................................... 21 電源模塊 .......................................................... 21 匯聚節(jié)點(diǎn)接口設(shè)計(jì) .................................................. 22 GPRS 無線上網(wǎng)卡 aircard750 說明 ..................................... 23 本章小結(jié) .......................................................... 23 4 網(wǎng)關(guān) Linux 平臺(tái)的建立 ................................................ 24 開發(fā)環(huán)境的建立 .................................................... 24 Bootloader 的移植 .................................................. 25 Linux 內(nèi)核（ kernel）的移植 ......................................... 26 文件系統(tǒng)的生成 .................................................... 28 日志閃存文件系統(tǒng)版本 2JFFS2 ..................................... 29 創(chuàng)建 JFFS2 文件系統(tǒng) .............................................. 29 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn) ................................................ 30 5 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架 ................................................ 30 CS8900 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) .............................................. 31 本章小結(jié) .......................................................... 34 5 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .......................................... 35 網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)的通信實(shí)現(xiàn) .......................................... 35 Linux 下的串口通信 ............................................... 35 匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀 .................................................. 37 匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)讀取與數(shù)據(jù)處理 ...................................... 38 網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ................................ 40 以太網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計(jì) ...................................... 40 GPRS 數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn) ................................................ 43 本章小結(jié) .......................................................... 48 6 試驗(yàn)與分析 .......................................................... 49 有線以太網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn) ........................................ 50 網(wǎng)關(guān)連接試驗(yàn) .................................................... 50 網(wǎng)關(guān)接收匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù) 試驗(yàn) ........................................ 51 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn) ............................................... 53 GPRS 遠(yuǎn)程通信及可靠性分析 ......................................... 54 GPRS 撥號(hào)連接試驗(yàn) ................................................ 54 GPRS 通信可靠性分析 .............................................. 55 本章小結(jié) .......................................................... 57 7 結(jié)論與討論 ......................................................... 58 結(jié)論 .............................................................. 58 討論與展望 ........................................................ 58 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 60 致 謝 .............................................................. 64 附錄 A 部分實(shí)物照片 ................................................... 65 附錄 B 內(nèi)核移植前源代碼修改部分 ....................................... 66 附錄 C 部分程序的源代碼 ................................................ 67 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) .......................................................... 71 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 .................................................... 71 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 ................................................ 71 Ⅳ 1 1 前言 研究 意義 我國是一個(gè)水資源缺乏的國家。因而建立旱情監(jiān) 測系統(tǒng)，將為解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)于緩解水資源的緊缺是非常重要的。 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 WSNs 的 農(nóng)業(yè)應(yīng)用 在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，人們 獲取農(nóng)田信息的方式都很有限， 主要是通過人工測量， 獲取過程需要消耗大量的人力， 如 通過使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以有效降低人力消耗和對(duì)農(nóng)田環(huán)境的影響， 獲取精確的作物環(huán)境和作物信息 。也可以在此基礎(chǔ)上添加新的輔助功能，例如遠(yuǎn)程終端的控制功能，報(bào)警功能等。該節(jié)點(diǎn)基于 CC2431 以 4 及 C8051F320 的 USB 接口的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)接收各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并以有線的方式將數(shù)據(jù)傳送給最終用戶計(jì)算機(jī)。 江海峰等（ 20xx)針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦井下的推廣和應(yīng)用要求，用有線的方式實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和井下主干網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)，網(wǎng)關(guān)解決方案基于嵌入式微處理器 S3C4510B 和嵌入式操作系統(tǒng) VxWorks 實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)必須解決許多關(guān)鍵性問題，比如數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性等。 一般情況下 ， 傳統(tǒng) sink 網(wǎng)關(guān)通過 匯聚節(jié)點(diǎn)與 PC 的 這種工作方式成本高，開銷大，實(shí)際應(yīng)用時(shí)易受到工作環(huán)境的限制 （段渭軍， 20xx） 。采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方式實(shí)現(xiàn) WSN 網(wǎng)關(guān)與 Inter 網(wǎng)絡(luò)的接入 ， 不但可利用遠(yuǎn)程控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)茶園生態(tài)環(huán)境連續(xù)與實(shí)時(shí)的在線測控，還可進(jìn)一步降低茶園作業(yè)管理的工作量，提高茶園管理的網(wǎng)絡(luò)化、智能化和信息化程度。主要用于實(shí)現(xiàn) WSNs 與外部網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，并對(duì) WSNs 的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)發(fā) —— 設(shè)計(jì)本網(wǎng)關(guān)的過程實(shí)質(zhì)是嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。 6)嵌入式系統(tǒng)不具備本地系統(tǒng)開發(fā)能力，通常需要有一套專門的開發(fā)工具和環(huán)境。 WSNs 網(wǎng)關(guān) 的硬件部分主要由中央處理器、存儲(chǔ)模塊、簇內(nèi)連接(射頻收發(fā) )模塊、簇外連接 (通信 )模塊和電源模塊五部分組成。 相對(duì)高度一般不超過 200m，高低起伏，坡度較緩 。在其他情