首页> 正文

基于6LoWPAN的物联网应用平台研究与实现

2020-12-12阅读(575)

基于6LoWPAN的物联网应用平台研究与实现

论文摘要

近年来,物联网技术成为国内外研究的热门,将无线传感器网络IP化后接入互联网的解决方案是物联网的重要分支,6LoWPAN致力于将IEEE 802.15.4与IPv6结合来实现无线传感器网络与IP网络的无缝连接,成为当前热门的研究方向。本课题研究重点是设计并实现一种基于6LoWPAN的物联网应用平台,为物联网行业提供示范应用平台。平台的软硬件设计上尽量满足通用性、可扩展性原则,力求让平台适应更多的应用场景。本论文参考物联网应用模型,提出了一种基于6LoWPAN的物联网应用平台网络架构,软硬件实现上分为四大主体部分:终端、网络、网关、应用。首先,成功研制了一种多功能物联网监控终端,能实现物体信息感知与智能控制。该终端以ATmega64微处理器为控制核心,集成了温度、湿度、可燃气体、火焰探测、人体红外、噪声探测共6种传感器,通过电磁继电器改造5回路配电箱实现同时支持5个电气设备的开关控制,串口连接RFID射频识别读卡器能读取射频标签编号,并配置LCD液晶屏实时显示感知参数。硬件设计上采用各功能模块分离的PCB设计思想,原创性设计了物联网监控终端PCB底板与多参数传感器模块PCB板;在应用层协议上,设计了两种应用层协议数据格式,分别是12字节的物体感知信息数据格式、4字节的物体控制信令数据格式;软件实现上采用AVR Studio集成开发环境用C语言编程实现了物体感知信息采集与封包处理、控制信令接收与解析处理、LCD显示等功能。物联网监控终端与6LoWPAN终端节点采用串口方式交换数据。其次,在研究6LoWPAN协议原理的基础上,搭建出了一个星型拓扑结构的6LoWPAN网络。硬件实现上,采用符合IEEE 802.15.4标注的射频芯片CC2430完成网络节点硬件设计,终端节点与中心节点都按照双MCU的架构思想,将网络功能与应用功能分离,其中,6LoWPAN终端节点采用双排插针方式与物联网监控终端PCB底板连接,采用UART方式交互数据;6LoWPAN中心节点采用串口方式与嵌入式物联网网关数据通信。软件实现上是基于TinyOS嵌入式操作系统开发的,采用NesC语言编程实现了6LoWPAN适配层的主要功能,实现了UDP报文的端到端传输,并成功实现物体感知信息与物体控制信令的无线传输功能。然后,设计并实现了一种基于ARM9的嵌入式物联网网关,它完成了6LoWPAN网络接入Internet的功能,还具备物联网监控管理的功能。该网关以ARM9 S3C2440嵌入式开发平台为硬件环境,移植内核版本为2.6.32.2的嵌入式Linux操作系统作为软件开发环境。在完成协议转换的基础上,一方面,网关配置了Qt/Embedded GUI运行环境,并成功开发了Qt物联网监控管理界面,该界面可以通过LCD触摸屏来完成操作,让用户在实时现场监控管理物联网;另外一方面,成功移植了Thttpd嵌入式Web服务器,并开发了基于Ajax + CGI的Web应用程序,并将网关接入Internet公网,让用户可以通过PC终端、手机终端等方式访问Web网站,从而实现远程监控管理物联网。除此之外,还设计了一种基于命名管道FIFO的多进程同步机制,保证了Qt界面与Web应用程序能实时的与6LoWPAN网络交互数据。最后,在实现该应用平台的基础上,完成了物体感知信息传输连通性、物体控制信令传输连通性、6LoWPAN节点通信距离三项内容的测试并给出测试结果。论文最后给出了在本物联网应用平台上实现的“智能实验室”应用范例,并就本平台还可以适应的其他应用场景做了一个简要概括。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 研究目的和意义
  • 1.3 国内外研究现状
  • 1.4 本课题的设计思路
  • 1.5 论文结构及主要研究内容
  • 第2章 6LOWPAN 技术原理与平台总体设计
  • 2.1 6LOWPAN 协议模型
  • 2.2 IEEE802.15.4 标准
  • 2.3 6LOWPAN 适配层.
  • 2.3.1 6LoWPAN 适配层报文格式及报文分片
  • 2.3.2 IPv6 报头的HC1 压缩编码
  • 2.3.3 UDP 报头的HC2 压缩编码
  • 2.4 平台总体设计
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 多功能物联网监控终端的研制
  • 3.1 物联网监控终端的设计方案
  • 3.2 物联网监控终端的硬件实现
  • 3.2.1 物联网监控终端底板.
  • 3.2.2 多参数传感器模块
  • 3.2.3 电气设备控制单元
  • 3.2.4 RFID 射频识别子系统
  • 3.3 物联网应用层数据协议的设计
  • 3.4 物联网监控终端的软件实现
  • 3.4.1 物联网感知信息采集与封包处理
  • 3.4.2 电气设备控制信令接收与解析处理.
  • 3.5 物联网监控终端实物及运行结果
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 星型拓扑结构的6LOWPAN 网络设计与实现
  • 4.1 星型6LOWPAN 网络的设计思路
  • 4.2 6LOWPAN 终端节点与中心节点的硬件实现
  • 4.2.1 CC2430 射频芯片简介
  • 4.2.2 硬件电路设计方案的选择
  • 4.2.3 6LoWPAN 网络终端节点的硬件设计
  • 4.2.4 6LoWPAN 中心节点的硬件设计
  • 4.3 6LOWPAN 星型网络的软件实现.
  • 4.3.1 TinyOS 嵌入式操作系统
  • 4.3.2 6LoWPAN 协议下的UDP 报文接收程序
  • 4.3.3 6LoWPAN 协议下的UDP 报文发送程序
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 嵌入式物联网网关的设计与实现
  • 5.1 物联网网关的硬件设计
  • 5.2 物联网网关软件开发环境的搭建
  • 5.3 QT 界面、WEB 应用、串口通信的多进程同步
  • 5.4 物联网监控图形用户界面实现
  • 5.4.1 Qt/Embedded 简介
  • 5.4.2 Qt/Embedded 的移植
  • 5.4.3 基于Qt/Embedded 的物联网监控GUI 界面的研发
  • 5.5 物联网WEB应用的实现
  • 5.5.1 6LoWPAN 与IPv4/IPv6 因特网的互联方案
  • 5.5.2 轻量级嵌入式Web 服务器Thttpd 的搭建
  • 5.5.3 基于Ajax + CGI 的物联网平台Web 应用程序
  • 5.6 本章小结
  • 第6章 物联网平台测试与应用范例
  • 6.1 平台测试
  • 6.1.1 物体感知信息传输连通性测试
  • 6.1.2 物体控制信令传输连通性测试
  • 6.1.3 Wifi、GPRS、3G 等接入方式访问Web 网站的测试
  • 6.1.4 6LoWPAN 节点间通信距离测试
  • 6.2 应用范例——智能实验室
  • 6.3 本章小节
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

    • [1].智能监控终端在配电网中的应用研究[J]. 无线互联科技 2019(14)
    • [2].中新天津生态城智能路灯监控终端的应用[J]. 中国市政工程 2012(S1)
    • [3].基于矿山和工程机械设备的远程监控终端[J]. 设备管理与维修 2020(06)
    • [4].车载监控终端电源的浪涌抑制电路设计[J]. 无线互联科技 2017(19)
    • [5].电力多用户监控终端研制[J]. 科技与企业 2013(22)
    • [6].基于GPRS的纯电动汽车远程监控终端研究与设计[J]. 电测与仪表 2013(11)
    • [7].智能监控终端在配电网中的应用研究[J]. 电工电气 2014(05)
    • [8].新型GPRS监控终端在电力负荷管理系统中的应用[J]. 科技信息 2011(26)
    • [9].发射机远程监控系统的监控终端设计与实现[J]. 煤矿机械 2010(09)
    • [10].基于GPRS无线传输的图像监控终端实现[J]. 计算机测量与控制 2008(12)
    • [11].基于视频监控终端电源适配器在线监测装置的研制[J]. 中国新通信 2016(19)
    • [12].配电变压器远程监控终端研究与设计[J]. 电测与仪表 2013(02)
    • [13].对配变监控终端在配电自动化中的探讨[J]. 科技与企业 2012(14)
    • [14].移动监控终端无线传输系统的设计与实现[J]. 时间频率学报 2011(01)
    • [15].基于GPRS的远程监控终端的研究[J]. 科技信息 2010(16)
    • [16].电动物流车远程监控终端的设计与实现[J]. 仪表技术 2019(05)
    • [17].智能水位监控终端设计方案的研究与讨论[J]. 电子技术与软件工程 2015(23)
    • [18].浅析箱变智能监控终端的扩展功能[J]. 郑铁科技 2014(01)
    • [19].船载中小型信息监控终端的设计与实现[J]. 电子设计工程 2012(01)
    • [20].基于无线通信故障指示器和GPRS的一遥远方监控终端的研制[J]. 电气技术 2012(03)
    • [21].广域网调度监控终端的研究与应用[J]. 电工技术 2012(07)
    • [22].路灯监控终端电源保障系统控制转换改进[J]. 山西建筑 2010(19)
    • [23].结构设计在无线数据监控终端中的应用[J]. 电脑知识与技术 2010(23)
    • [24].基于GPRS的配电站远程监控终端的设计[J]. 微计算机信息 2010(29)
    • [25].基于GPRS的路灯监控终端的设计[J]. 机电技术 2010(04)
    • [26].远程心电监控终端的低功耗探讨[J]. 中国科技信息 2008(23)
    • [27].基于矿山和工程机械设备的远程监控终端[J]. 机械工程与自动化 2019(04)
    • [28].个体化睡眠质量监控终端的开发及系统研究[J]. 电脑知识与技术 2017(11)
    • [29].基于MSP430单片机的变压器监控终端设计[J]. 科技视界 2014(12)
    • [30].基于GPRS的配变监控终端研究[J]. 机电信息 2013(27)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    基于6LoWPAN的物联网应用平台研究与实现
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5