ARM处理器在主动式移动传感器网络中的应用

论文摘要

近年来，出于对环境监控、探索通过危险区域的安全通路、受困人员的营救等不确定环境下的应用需求，激发了研究人员对主动式移动传感器网络研究的极大关注。出于研究的目的，需要搭建一个以实验室为主要工作环境且具有主动式移动传感器网络一般特点的试验平台。同时，为了学习并掌握目前嵌入式应用领域的领先技术——ARM处理器相关技术，并将该技术应用到主动式移动传感器网络的研究工作中，本论文的内容将围绕着设计一个基于ARM7处理器的主动式移动传感器网络节点平台这一课题展开，着重论述主动式移动传感器网络的基本结构、通信要求以及采用ARM7处理器的嵌入式系统设计应用的软／硬件技术特点。在文中，首先分析了作为研究对象的传感器网络的特点和预期性能，规划了预期的主动式移动传感器网络的基本结构，深入分析了作为其最基本部分的节点平台上软、硬件两方面的需求并提出了相应的设计思想和方案。以此为基础对ARM7处理器应用控制电路、通信、传感器与马达控制电路、电源电路以及用以支撑节点组网并控制节点平台的软件系统——包括ARM7处理器的底层驱动程序、嵌入式操作系统的原理和实现技术以及用于网络通信的协议等方面展开研究。此后设计并制作了完整的PCB电路板并搭建了应用系统，完成了使用ARM汇编语言的应用系统底层驱动程序，使用ARM C语言编写了具有操作系统基本概念的系统程序和Modbus-RTU通信协议栈。在论文的第六章，对使用人工势场法的主动式移动传感器网络的路径规划与导航方法进行了一定程度的理论研究，并结合本文设计的节点平台为应用对象提出了人工势场法一种可行的应用算法。文章在最后部分对所研究的内容进行了总结，对进一步的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源、目的及意义
• 1.2 国内外研究综述
• 1.3 课题主要内容
• 1.4 论文组织
• 第二章 主动式移动传感器网络和ARM处理器
• 2.1 移动传感器网络的基本结构
• 2.1.1 主动式移动传感器网络的一般特点
• 2.1.2 在实验室环境中搭建主动式移动传感器网络
• 2.2 ARM处理器体系结构与应用特点
• 2.2.1 ARM体系结构
• 2.2.2 ARM7处理器的选型
• 2.2.3 ARM7处理器的使用要点
• 2.3 本章小结
• 第三章 采用ARM7处理器的节点平台设计
• 3.1 需求分析
• 3.1.1 硬件需求分析
• 3.1.2 软件需求分析
• 3.2 节点平台总体设计
• 3.2.1 硬件总体设计
• 3.2.2 软件总体设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 硬件电路的详细设计与实现
• 4.1 处理器支持电路设计
• 4.2 红外线传感器控制电路设计
• 4.3 电阻式传感器电路设计
• 4.4 直流电机控制与调速电路设计
• 4.5 通信接口电路设计
• 4.6 系统功率分配及电源电路设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 系统主要软件模块的详细设计与实现
• 5.1 ARM7内核启动与处理器支持程序
• 5.1.1 ARM7内核启动程序
• 5.1.2 处理器支持程序
• 5.2 引入时间触发概念改善系统程序性能
• 5.2.1 基于时间的调度器
• 5.2.2 在节点平台上使用时间调度系统
• 5.3 主要系统任务的原理和实现
• 5.3.1 红外线传感器控制任务
• 5.3.2 ADC相关任务
• 5.3.3 直流马达调速与控制任务
• 5.3.4 通信协议与通信任务
• 5.4 本章小结
• 第六章 节点平台运动路径规划方法研究
• 6.1 路径规划的一般概念
• 6.2 人工势场法应用于路径规划的初步研究
• 6.2.1 人工势场法基本原理研究
• 6.2.2 针对节点平台的人工势场算法研究
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 电路设计全图
• 附录B 主要软件模块代码
• 附录C 节点平台电路连接和使用说明
• 附录D 单位、缩写及术语对照表
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果