【正文】 judgement of the information received from the front desk system, to achieve the purpose of realtime monitoring the area parameters, the Wireless Sensor Network generally used in monitoring the temperature, humidity, noise and various chemical position concentration parameters of biological habitats and industrial production process. This paper is mainly research the realization of the front embedded system in the Wireless Sensor Network and simply introduced the relevant contents of the wireless munication module, also specially discussed the implementation of signal acquisition and information process. It mainly included hardware and software ponents. Hardware has all kinds of sensors, such as the sound listener, USB cameras and TQ2440 development board, software is the key point which includes boot loader, Linux kernel, the file system and the whole cross development environment based on Qtopia, the most important is the development of application with Qtopia and Linux drivers, also introduced some contents of the USB protocol. Keyword: Wireless sensor work。 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的特征 一、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)：大規(guī)模主要體現(xiàn)在兩方面。 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的主要用途 目前，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在以下 一個(gè)領(lǐng)域：首先就是環(huán)境的檢測(cè)和保護(hù)，它可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移，研究環(huán)境變化對(duì)農(nóng)作物的影響，監(jiān)測(cè)海洋、大氣和土壤成分等；然后就是應(yīng)用于醫(yī)療護(hù)理，通過(guò)在鞋、家具以及家用電器中嵌入式傳感器，幫助老齡及殘障人士的家庭生活，利用無(wú)線通信將傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便的進(jìn)行護(hù)理；接著就是軍事領(lǐng)域，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，包括偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資，判斷生物化學(xué)攻擊等多方面用途 ；最后無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于其他的一些領(lǐng)域，比如一些危險(xiǎn)的工業(yè)環(huán)境如 井礦、核電廠等，工作人員可以通過(guò)它實(shí)施安全檢測(cè)，也可以用在交通領(lǐng)域作為車輛監(jiān)控的有力工具。首先，嵌入式系統(tǒng)必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢(shì)。在嵌入式系統(tǒng)中常用的 CPU 體系有 ARM, PowerPC, MIPS, ColdFire, Intel8051, Atmel AVR 等，其中 ARM 是目前用途最廣，產(chǎn)品出貨量最大的， PowerPC 和 MIPS 主要用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理和某些工業(yè)控制場(chǎng)合， Intel8051 和 Atmel AVR 都屬于功能相對(duì)簡(jiǎn)單的單片機(jī)產(chǎn)品，但它們?cè)谝恍┑投说念I(lǐng)域應(yīng)用還是十分廣泛的。 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域包括： ? 工業(yè)控制領(lǐng)域 。各種軍事設(shè)備，火炮控制系統(tǒng)，月球車，導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)等等都是嵌入式系統(tǒng)。 USB 協(xié)議系統(tǒng) 架構(gòu) USB 協(xié)議拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) USB 協(xié)議子系統(tǒng)系統(tǒng)包括主機(jī)和設(shè)備兩部分，其組成采用以下的層次結(jié)構(gòu)： 客戶軟件 設(shè)備功能U S B 系統(tǒng)軟件 U S B 邏輯設(shè)備U S B 總線接口 USB 總線接口互聯(lián)關(guān)系數(shù)據(jù)管理控制管道U S B 接口電纜主機(jī) 設(shè)備邏輯信號(hào)傳輸路徑實(shí)際信號(hào)傳輸路徑功 能 層U S B 設(shè) 備 層U S B 總 線 接口 層 圖 21 USB 系統(tǒng)的分層 圖 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 如圖 21 所示，主機(jī)與 USB 設(shè)備間的連接使用許多層上的 邏輯 連接組成， 就如同 TCP/IP 協(xié)議各層次關(guān)系一樣， 即總線接口層、設(shè)備層和功能層。許多不同功 能的設(shè)備放在一起構(gòu)成一個(gè)復(fù)合設(shè)備。這些傳輸數(shù)據(jù)被當(dāng)做連續(xù)的比特流。 ? 批量傳輸類型支持打印機(jī)、掃描儀、 U盤等設(shè)備，這些外設(shè)與主機(jī)間傳輸數(shù)據(jù)量大，只有 USB滿足帶寬的情況下才進(jìn)行該類型的數(shù)據(jù)傳輸 USB 的應(yīng)用 虛擬儀器 虛擬儀器 [3]是基于計(jì)算機(jī)的信號(hào)測(cè)量技術(shù)，與傳統(tǒng)的儀器相比，虛擬儀器在各個(gè)方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，根據(jù)采用的總線標(biāo)準(zhǔn)，虛擬儀器分為 PCI 總線式、VXI 總線式以及 PXI 總線式。該系統(tǒng)主要由認(rèn)證服務(wù)器、認(rèn)證客戶端、資源服務(wù)器及控制服務(wù)器組成。通過(guò)開發(fā) USB 協(xié)議傳輸事務(wù)，我們可以實(shí)現(xiàn) USB 事務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，遠(yuǎn)程的主 機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可以對(duì)本地的 USB從設(shè)備發(fā)起事務(wù)傳輸，這樣就實(shí)現(xiàn)了 USB總線上的多主設(shè)備模型。但是，如何將這些高科技應(yīng)用形成一個(gè)低成本更人性化的系統(tǒng)將是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)槟壳斑@樣的系統(tǒng)大多是基于 PC 的各種檢查設(shè)備，這樣導(dǎo)致成本很高而且不方便。 USB核心用 usb_driver來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè) USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)，通過(guò)調(diào)用 usb_register(struct usb_driver *driver)和 usb_deregister(struct usb_driver *)注冊(cè)和注銷 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)，struct usb_device_id用來(lái)描述 USB設(shè)備的功能和類別，通常 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)會(huì)根據(jù)usb_device_id來(lái)判斷 USB設(shè)備是否是自身支持的設(shè)備， USB體系的各個(gè)模塊之間使用 USB請(qǐng)求塊進(jìn)行信息的傳遞 ,它用 struct urb 結(jié)構(gòu)描述。 信號(hào)和插槽機(jī)制是 Qt 的核心機(jī)制，要精通 Qt 編程就必須對(duì)信號(hào)和插槽有所了解。 Qt/Embedded 常用類 控件屬性類 QChar 類是 Qt 中用于表示一個(gè)字符的類，類內(nèi)部用兩個(gè)字節(jié)的 Unicode 編碼來(lái)表示一個(gè)字符； QString 類是 Qt 中用于表示字符串的類，它采用 Unicode 內(nèi)部編碼，可以表示世界上大多數(shù)語(yǔ)言的文字，它的存儲(chǔ)有引用計(jì)數(shù)，當(dāng)一個(gè) Qstring 對(duì)象被復(fù)制為另一個(gè) Qstring 對(duì)象時(shí)，它們實(shí) 際上指向相同的存儲(chǔ)空間，僅僅是增加了一個(gè)引用計(jì)數(shù)，采用“按需復(fù)制”技術(shù)，當(dāng)指向相同存儲(chǔ)空間的多個(gè) Qstring 對(duì)象中的一個(gè)要被修改時(shí)，將真正復(fù)制一個(gè)新的字符串并進(jìn)行修改； QPoint 類代表一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，它可以認(rèn)為是一個(gè)整型的橫坐標(biāo)和一個(gè)整型的縱坐標(biāo)的組合； QSize 類代表一個(gè)矩形區(qū)域的大小，它可以認(rèn)為是由一個(gè)整型的寬度和整型的高度組合而成的； QRect 類代表一個(gè)矩形區(qū)域，它可以認(rèn)為是一個(gè) QPoint 對(duì)象和一個(gè) QSize 對(duì)象的組合， QPoint 對(duì)象是它的左上角的坐標(biāo)， QSize 對(duì)象則是它的大??； QFont 類代表字體； 常用控件類 QPixmap 類代表圖像 ； QIcon 類代表圖標(biāo)，可以是一系列圖像的組合，每個(gè)圖像代表窗口的某種狀態(tài)杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 下應(yīng)該顯示的圖標(biāo)； QWidget 類代表一般的窗口，其他的窗口類都是從 QWidget 類集成出來(lái)的； Qdialog 類代表普通的對(duì)話框； Qlabel 類代表標(biāo)簽，用于顯示文本或圖像的窗口部件； QpushButton 類代表按鈕； QcheckBox 類代表復(fù)選按鈕； QradioButton 類表示單選按鈕； QlineEdit 類表示編輯框； 這些都 是 Qt 開發(fā)過(guò)程中常用的控件類， Qt 中還有許多的控件。 ()。 USB 攝像頭 目前市場(chǎng)上主流攝像頭使用的感光元件 主要是 CCD 何 CMOS 兩種。這些資源對(duì)于開發(fā)一些嵌入式系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠。 UBOOT[4]移植 系統(tǒng)的 bootloader 主要是完成兩個(gè)階段的工作，第一階段， bootloader 執(zhí)行最基本的硬件初始化操作，如關(guān)中斷、關(guān)閉看門狗以及避免 處理器被復(fù)位、關(guān)閉 MMU和處理器緩存、設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘和初始化內(nèi)存等。首先它起到其他 文件系統(tǒng)的“根”的作用，其次它要包含 linux 系統(tǒng)初始化所需的目錄和關(guān)鍵文件，否則即使內(nèi)核成功啟動(dòng)也無(wú)法執(zhí)行其它應(yīng)用程序，無(wú)法與用戶交互，整個(gè)系統(tǒng)也就無(wú)法使用。 交叉編譯工具 在嵌入式開發(fā)過(guò)程中，我們往往使用現(xiàn)成的交叉編譯器，這樣大大縮短了開發(fā)周期。 圖 61 A/D 采樣流程圖 在線程中每隔一定的時(shí)間從 A/D 接口采集數(shù)據(jù)，并賦值給 ADC 結(jié)構(gòu)中的 data變量供顯示模塊訪問(wèn) ，源碼見附錄 1。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 7 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及改進(jìn) 雖然系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了最初的目標(biāo)，能 夠采集多通道的 AD 數(shù)據(jù)，并且在界面上實(shí)時(shí)顯示波形，能夠從 USB 攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)并在界面上顯示視頻，但是系統(tǒng)還有一些地方需要改進(jìn)或者修改，下面僅列出本人覺(jué)得有必要改進(jìn)的地方及具體改進(jìn)方法： （ 1）主界面的設(shè)計(jì) 由于采用的 qt 版本和虛擬機(jī)中安裝 Linux 發(fā)行版之間不能很好的兼容，導(dǎo)致不能直接用 QT Designer直接進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)，而只能采用代碼編寫的方法設(shè)計(jì)界面，這一方面延長(zhǎng)了項(xiàng)目開發(fā)的周期，同時(shí)設(shè)計(jì)的界面也不是很友好。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 致謝 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了如何將 所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)中，復(fù)習(xí)了以前學(xué)的知識(shí)也接觸到了新的知識(shí)和技術(shù)，收獲還是蠻大的。 //存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)變量 int len。 len = read(fd,buffer,sizeof(buffer)1)。 //退出循環(huán) usleep(100)。saveBuffer, ().x(), ().y(), (), () )。 Xnew = ().x() 1。 if ( drawDotLine ) //補(bǔ)劃坐標(biāo)系縱軸的刻度 { for。 Xold = ().x() STEP。newBuffer, ().x()+1, ().y()+1, amp。 } void Screen::updateCurve( QPainter amp。\039。 char buffer[20]。 Boni, A。 （ 2）通道限制 由于 開發(fā)板只能使用四個(gè) A/D 通道，而實(shí)際上需要許多的通道，如何擴(kuò)展通道數(shù)也是需要解決的問(wèn)題。 視頻采集及顯示 程序流程圖如下所示： 圖 62 視頻流程圖 視頻采集過(guò)程主要是運(yùn)用 Linux 內(nèi)核本身提供的 Video4linux 編程接口來(lái)訪問(wèn)USB 設(shè)備，由于從攝像頭讀取的數(shù)據(jù)是 YUV4:2:2 格式的，因此還要轉(zhuǎn)化為 QT 支持的圖像格式，程序中是將它轉(zhuǎn)化為 jpeg 格式的圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示 ，源碼見附錄3。 解壓： tar –zxvf –C / 將安裝目錄添加到 /etc/profile 文件中： pathmunge /opt/EmbedSky/使 /etc/profile 文件 生效 ： source /etc/profile 交叉 調(diào)試工具 我們使用的交叉調(diào)試工具 [6]是 armlinuxgdb： ? 解壓： tar –jxvf ? 配置 armlinuxgdb： ./configure –target=armlinux –prefix=/armlinuxgdb –programprefix=armlinux ? 編譯安裝： make。mknod –m 666 c 1 3 ? 安裝 etc： tar –zxvf –C /XXX ? 編譯內(nèi)核模塊： make modules ARCH=arm CROSS_COMPILE=armlinux ? 安裝內(nèi)核模塊： make modules_install ARCH=arm INSTALL_MOD_PATH=/XXX ? 編 譯 安 裝 busybox ： cd busybox。 本課題中選用的 bootloader 是 UBOOT， 因?yàn)?它支持多處理器、多操作系統(tǒng) ，對(duì) linux 系統(tǒng)的支持最完善。 通訊模塊 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)無(wú)線通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，方便，快捷的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，現(xiàn)在無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，可利用的技術(shù)有很多。 CCD 的分辨率高，色彩還原逼真，已經(jīng)成為百萬(wàn)像素級(jí)的數(shù)碼攝影