【正文】 我國是標準主導(dǎo)國之一，專利擁有量高； （ 3） 我國是目前能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)完整產(chǎn)業(yè)鏈的國家之一； （ 4） 我國無線通信網(wǎng)絡(luò)和寬帶覆蓋率高，為物聯(lián)網(wǎng) 發(fā)展提供 堅實的基礎(chǔ)設(shè)施支持； （ 5） 我國已經(jīng)成為世界第二大經(jīng)濟體，有較為雄厚 的經(jīng)濟實力支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。過去的思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和 IT 基礎(chǔ)設(shè)施分開：一方面是機場、公路、建筑物 ,而另一方面是數(shù)據(jù)中心，個人電腦、寬帶等。 物聯(lián)網(wǎng)可分為三層 ： 感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層 ，如圖 12 所示 。感知層包括二維碼標簽和識讀 器、RFID 標簽和讀寫器、攝像頭、 GPS、傳感器、終端、傳感器網(wǎng)絡(luò) [7]等，主要是識別物體，采集信息，與人體結(jié)構(gòu)中皮膚和五官的作用相似。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息中心和智能處理中心等。 應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的“社會分工”與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)廣泛智能化。 本設(shè)計就是針對上述需求對 嵌入式技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)傳感模塊驅(qū)動應(yīng)用開發(fā) 。《中國企業(yè)報》在調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及范圍漸廣，家電產(chǎn)品也搭上了這班“順風(fēng)車”，物聯(lián)網(wǎng)冰箱、洗衣機、空調(diào)、微波爐、熱水器等紛紛登場亮相，為人們展示了未 來 智能生活的美好圖景 。 圖 13 物聯(lián)網(wǎng) 目前，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展極其迅速，而物聯(lián)網(wǎng)的最主要的特點是通過射頻識別（ RFID） 、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信。 本系統(tǒng)是基于嵌入式技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)傳感模塊驅(qū)動應(yīng)用開發(fā) [8]，主要的目標是： （ 1） 實現(xiàn) mini2440 的最小系統(tǒng)的移植，使其最少擁有網(wǎng)絡(luò)功能， USB 功能； （ 2） 實現(xiàn)單板對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集， 同時打包，并通過串口傳送； （ 3） 實現(xiàn)單板能接收來自串口的命令，并實時反映； （ 4） 實現(xiàn)一個家電服務(wù)器應(yīng)用程序，使其可以對單板發(fā)送命令，并接收來自單板 的 數(shù)據(jù)包，同時刷新網(wǎng)頁數(shù)據(jù)； （ 5） 實現(xiàn) boa 服務(wù)器， 遠程端可以通過網(wǎng)頁查看實時數(shù)據(jù)，同時 解釋 網(wǎng)頁的命令。接下來具體介紹了基于嵌入式的應(yīng)用系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 系統(tǒng)需求分析 在進行可行性研究和項目開發(fā)計劃以后，如果確認開發(fā)一個新的軟件系統(tǒng)是必要的而且是可行的，那么就可進入需求分析階段。為了滿足用戶的需要，回答系統(tǒng)要“做什么”的問題。而構(gòu)成感知層的重要組成部分就是各類傳感器。同時由于我們數(shù)據(jù)還將發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)，所以我們還可以通過網(wǎng)絡(luò)進行 實時的監(jiān)控。 （ 2） 實現(xiàn)單板與服務(wù)器數(shù)據(jù)的互傳 （ 3） 實現(xiàn)服務(wù)器與外界網(wǎng)絡(luò)的連接 （ 4） 實現(xiàn)單板之間的 zigbee 組網(wǎng) 系統(tǒng)硬件需求 分析 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與硬件平臺緊密相連，沒有硬件支持的嵌入式平臺是不完整的。選擇合適的硬件平臺是一項復(fù)雜的工作。 根據(jù)此系統(tǒng)的需求分析，選擇的硬件平臺是 ARM920T 核 [10]的 S3C2440A 處理器、 RAM控制器、 NAND Flash 控制器。 根據(jù)系統(tǒng)的需求，路由單板負責(zé)接收節(jié)點單板的數(shù)據(jù)，接收的方式是利用無線傳輸方式。經(jīng)過分析， 本系統(tǒng) 選擇 zigbee 無線傳輸技術(shù)。 系統(tǒng)軟件需求分析 軟件平臺主要是 uboot、嵌入式操作系統(tǒng)、 嵌入式文件系統(tǒng) [12]以及 BOA 服務(wù)器 。通過這段小程序，可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確的環(huán)境。 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)極為重要的組成部分。 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇主要考慮其可移植性、可利用資源、系統(tǒng)定制能力和成本。 Linux 是由很多體積小且性能高的微內(nèi)核系統(tǒng)組成。 （ 3） Linux 具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和交叉運行環(huán)境，可以跨越嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中仿真工具的障礙。無論是 RISC 還是 CISC、 32 位還是 64 位等各種處理器， Linux 都能運行。 （ 6） Linux 移植到新的微處理器體系非?？旖?，一般是將其移植到一種新型的目標板，其中包含有獨特的外設(shè)。 不同的文件系統(tǒng)類型有不同的特點，因而根據(jù)存儲設(shè)備的硬件特性、系統(tǒng)需求等有不同 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 的應(yīng)用場合。綜合考慮了各種文件系統(tǒng)的特點，本文選擇了 cramfs 和 yaffs 作為本系統(tǒng)的文件系統(tǒng)，其有如下特點： （ 1） CRAMFS 文件以其只可讀的性質(zhì)非常適合用于作為根文件系統(tǒng)的可讀分區(qū)，使其有更高的安全性。它是日志結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)，提供了損耗平衡和掉電保護，可以有效地避免意外掉電對文件系統(tǒng)一致性和完整性的影響。與 JFFS 相比，它減少了一些功能，因此速度更快，占用內(nèi)存更少。 BOA 服務(wù)器 根據(jù)系統(tǒng)需求，服務(wù)器最終需要把采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，使得遠程客戶端可以通過網(wǎng)頁實時的監(jiān)控被控端信息。 本系統(tǒng)選用 BOA 服務(wù)器的主要原因是 BOA 服務(wù)器是 一種非常小巧的 Web 服務(wù)器，其可執(zhí)行代碼只有大約 60KB 左右。 因此當遠程客戶在點擊網(wǎng)頁按鈕時， BOA 支持的 CGI 就會執(zhí)行，從而達到客戶控制遠程端的目的。 本章小結(jié) 在這一章，主要做的工作就是進行系統(tǒng)需求分析， 這一章在整個系統(tǒng)開發(fā)上起到了至關(guān)重要的作用，可以說是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這一章的分析調(diào)查結(jié)果直接指導(dǎo)以后的系統(tǒng)開發(fā)的工作，也直接關(guān)系著整個系統(tǒng)完成后的功能情況。并且還查閱了目前市場上的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，綜合比較了各個系統(tǒng)之間的優(yōu)點和不足，最終確定了系統(tǒng)的功能。要將需求分析階段生成后的文件將進一步的 分析和精化。然后對結(jié)構(gòu)進一步細化，稱為詳細設(shè)計。 軟件的運行環(huán)境 為了保證系統(tǒng)運行的可靠性，對于軟件的運行環(huán)境具有一定的要求。 （ 1）服務(wù)器端硬件配置 PC 機 處理器：基于 ARM920T 內(nèi)核的 S3C2440A 處理器 內(nèi)存 : 64MB 以上 Mini2440 開發(fā)板 集成各類傳感器模塊的單板 LPC1114 ZICM2410 無線傳輸模塊 USB 線，網(wǎng)線 （ 2）客戶端硬件配置 處 理器： PIII 以上計算機 內(nèi)存 : 256MB 以上 顯示器： 17彩顯 （ 3）軟件環(huán)境 操作系統(tǒng) Windows 98/2021/XP 操作系統(tǒng) (可選 ) 嵌入式 Linux 開發(fā)環(huán)境 Zigbee 無線模塊測試軟件 系統(tǒng)概要設(shè)計 軟件總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計是概要設(shè)計關(guān)鍵的一步，直接影響到詳細設(shè)計與編碼的工作。 系統(tǒng)功能說明 根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，系統(tǒng)運行在前后臺的不同有不同的功能模塊。在服務(wù)器端，主要實現(xiàn)一個相當于家電服務(wù)器功能的功能模塊，負責(zé) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 對單板進行命令發(fā)送和 解析 來自數(shù)據(jù)源端的數(shù)據(jù)。 綜上所述，本系統(tǒng)有以下功能： （ 1）用戶通過網(wǎng)頁實時查看被控區(qū) 的溫濕度、光亮強度以及 LED 燈和風(fēng)扇 狀態(tài)。 （ 3） 實現(xiàn)自動控制功能。 遠 程 客 戶 端服 務(wù) 器 端數(shù) 據(jù) 源 端 圖 31 系統(tǒng)總體功能圖 由 圖 31 可知，本 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為三個大的層次。即數(shù)據(jù)源端來自于感知層，服務(wù)器端從感知層獲得數(shù)據(jù)后通過網(wǎng)絡(luò)層把數(shù)據(jù)傳送至遠程客戶端。 在數(shù)據(jù)源端，主要是由 各類模塊傳感器實現(xiàn)，模塊傳感器顧名思義就相當于生物對外界環(huán)境的相關(guān)反映一樣。然后傳輸給家電服務(wù)器。 在服務(wù)器端，主要是由開發(fā)板 s3c2440 實現(xiàn)，其主要的功能是根據(jù)要求不斷的從數(shù)據(jù)源端獲得外界數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行處理， 并根據(jù)數(shù)據(jù)對相應(yīng)的家電設(shè)備發(fā)出相關(guān)命令，同時服務(wù)器端還要 響應(yīng)來自網(wǎng)絡(luò)上的連接，當網(wǎng)絡(luò)上有請求連接時，服務(wù)器就要響應(yīng)連接，并實時的更新網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)，同時接收來自網(wǎng)絡(luò)的命令，最后做出相應(yīng)的處理。 在遠程客戶端，遠程客戶端主要是主動去連接服務(wù) 器，然后可以實時觀察遠程的環(huán)境參數(shù)，同時可以根據(jù)環(huán)境參數(shù)的變化對 遠程的家電設(shè)備 進行監(jiān)控。 在圖 31 中，遠程客戶端與服務(wù)器端是通過互聯(lián)網(wǎng)連接，因此客戶端可以在世界的任何 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 角落都能通過互聯(lián)網(wǎng)來監(jiān)控特定的區(qū)域，這就使得我們的監(jiān)控非常具有靈活性。在數(shù)據(jù)源端，我們有一個以上的單板，因此，我們在數(shù)據(jù)源端設(shè)有一快路由單板，其負責(zé)收集所有單板的數(shù)據(jù)，然后通過串口把數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器。各個單板在收集到 命令進行解析，如果是自己的命令就執(zhí)行，否則丟棄。 ZigBee 技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。 在 zigbee 組網(wǎng)過程中，難點是對數(shù)據(jù)包的定義，同時要解決數(shù)據(jù)在傳輸過程中失真或丟失的問題，還有就是如何給每個單板節(jié)點數(shù)據(jù) 加上各自獨一的標簽。具體的系統(tǒng)控制流程圖如圖 32 所示。從何圖中我們可以更直觀的看到數(shù)據(jù)源不斷的采集數(shù)據(jù)并接收來自服務(wù)器端的命令，服務(wù)器端則響應(yīng)來自網(wǎng)絡(luò)的請求與下層進行交流。并按照自己的意愿對遠程的家電設(shè)備進行監(jiān)控。 系統(tǒng)詳細設(shè)計 在系統(tǒng)的概要設(shè)計中，已將系統(tǒng)劃分為多個模塊，并將它們按照一定的原則進行組裝，同時確定了每個模塊的功能。 數(shù)據(jù)源端功能設(shè)計 通過對數(shù)據(jù)源端功能的分析， 數(shù)據(jù)是由多個節(jié)點提供。 數(shù)據(jù)源端節(jié)點數(shù)據(jù)的采集是通過 zigbee 無線傳輸方式，路由節(jié)點的流程圖如圖 33所示。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 M i a n 函 數(shù)初 始 化W h i l e 循 環(huán)接 收 z i g b e e數(shù) 據(jù)是 否 為讀 命 令執(zhí) 行采 集 數(shù) 據(jù)Z i g b e e發(fā) 送YN 圖 34 普通節(jié)點流程圖 圖 33 中，在該數(shù)據(jù)源端，即單板 LPC1114，在本系統(tǒng)中該模塊有三個作用，其一是采集本身相關(guān)的 傳感模塊的數(shù)據(jù)， 其二是直接與服務(wù)器建立有線連接，該模塊可以接收服務(wù)器的命令，同時不斷地給服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。 即該模塊除具備普通節(jié)點的采集數(shù)據(jù)的功能外，還具備了路由的功能，所以可以稱為路由節(jié)點。所以本節(jié)點只有簡單的與路由節(jié)點連接，故稱為普通節(jié)點。 （１） 采集各類傳感器數(shù)據(jù)，并按照相應(yīng)的格式打包。 （３） 發(fā)送數(shù)據(jù)。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 路 由 z i g b e e節(jié) 點 2節(jié) 點 1節(jié) 點 n數(shù) 據(jù) ＋ I D命 令 + I D命 令 ＋ I D 數(shù) 據(jù) ＋ I D數(shù) 據(jù) ＋ I D命 令 ＋ I D 圖 35 zigbee 拓撲結(jié)構(gòu) 從 圖 35 zigbee 拓撲結(jié)構(gòu)圖中可知，路由單板是根據(jù)各單板節(jié)點的 ID 號來區(qū)別各個單 板節(jié)點的。當路由單板在給某個單板節(jié)點發(fā)送命令時，也是只要在命令的頭部加上要控制的單板節(jié)點的 ID 號。 新節(jié)點的加入如圖 36 所示。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 要 求 加 入 命 令次 節(jié)點主 節(jié) 點服 務(wù) 器加 入 節(jié) 點 命 令網(wǎng) 頁刷 新 網(wǎng) 頁 列 表按 鍵 觸 發(fā) s e r c h ( )S e r c h ( ) 發(fā) 送 搜 索 命 令B O A R D _ C M D發(fā) 送 廣 播 命 令B O A R D _ C M D節(jié) 點 退 出 命 令 圖 37 新節(jié)點加入流程圖 從圖 37 可以很直觀的了解到新節(jié)點動態(tài)加入的流程。這樣，系統(tǒng)的適用能力更強，可以自動識別新節(jié)點和舊節(jié)點，這一設(shè)計使得系統(tǒng)可以在節(jié)點流動性大的區(qū)域可靠的使用。根據(jù)這一設(shè)計思想，系統(tǒng)設(shè)計出了 圖 38 所示的系統(tǒng)流程圖，該圖 主要描述了服務(wù)器端的數(shù)據(jù)流程，其主要是作為遠 程客戶端和數(shù)據(jù)源端連接的紐帶，同時處理比較復(fù)雜的工作，比如處理來自數(shù) 據(jù)源的數(shù)據(jù)以及響應(yīng)來自網(wǎng)絡(luò)的遠程客戶端的連接。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 M a i n ( )打 開 t t y U S B初 始 化 t t y U S B打 開 t e m p . x m l ，t e m p _ 1 . x m l創(chuàng) 建 a n d r o i d 線 程W h i l e ( 1 )發(fā) 讀 取 板 子 1 的 命 令 ，w r i t e ( f d , G E T _ B O A R D 1 _ D A T A , 1 )發(fā) 讀 取 板 子 2 的 命 令 ，w r i t e ( f d , G E T _ B O A R D 2 _ D A T A , 1 )獲 得 板 子 1 的 數(shù) 據(jù)g e t _ i n f o ( f d , amp。 i n f o 1 )等 待 a n d r o i d 手 機 客 戶 的 連接 ? a c c e p t （ ） .客 戶 連 接 成 功進 入 客 戶 操 作 線 程c l i e n t _ t h r e a d讀 取 客 戶 端 發(fā) 來 的 命 令r e a d ( f d _ a c c e p t 2 , amp。 i n f o 1 , 1 1 )w r i t e ( f d _ t t y , amp。 （ 1） 一個動態(tài)網(wǎng)頁，動態(tài)顯示遠程單板數(shù)據(jù) （ 2） 實