温室无线传感器网络嵌入式网关节点设计与实现

论文摘要

无线传感器网络是一种分布式信息感知系统,其具有无需布线、组网灵活、智能性好等优点,因而在环境监测、国防军事、智能家居等领域具有广泛的应用前景。本文的研究得到“温室大棚群环境信息精确监测与预警系统”项目和“基于WSN的果园精准管理关键技术研究”项目的支持,以上项目采用无线传感器网络技术实现温室和大田环境的密集监控,为精准农业生产提供信息保障。嵌入式网关节点作为整个传感器网络管理和信息中转的核心,是项目的重要组成部分。本文以智能温室无线传感器网络为主要研究对象,设计并实现了一种嵌入式网关节点,实现了温室无线传感器网络的现场管理,以及无线传感器网络与Internet等外部网络的无缝转接。本文具体的研究内容如下:(1)在调查、分析温室无线传感器网络网关节点功能需求的基础上,对网关节点进行总体设计,并完成微处理器、操作系统及通信模块的选型工作。(2)以ARM9处理器S3C2410为核心构建网关节点硬件平台,其中包括微处理器模块、存储器模块、GPRS通信模块、人机接口模块、通用外围模块、电源模块,设计出完整的硬件电路原理图及PCB图,完成硬件电路制作与测试。(3)在研究分析嵌入式系统BSP实现原理、WinCE.NET操作系统体系结构基础上,完成网关节点BSP开发和Bootloader移植,进而定制了WinCE内核,并将之移植到硬件平台上,成功构建了嵌入式系统软件平台。(4)根据温室无线传感器网络的管理需求,在系统软件平台之上移植嵌入式数据库SQLite,以此实现数据集中存储管理,进而开发了温室环境信息管理应用软件,主要包括界面设计、数据库设计、串口通信程序设计、Socket程序设计以及GSM预警程序设计、GPRS数据传输程序设计等,实现了温室环境信息的现场管理和远程监控。试验测试表明,本文设计的温室无线传感器网络网关节点具有人机界面友好、组网灵活、可扩展性强等优点,能较好地满足温室智能环境监测的应用需求。项目成果已应用在西北农林科技大学阎良甜瓜基地,并在冬季工厂化育苗过程发挥了重要作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 无线传感器网络概述
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容及章节安排
• 第二章 WSN 网关节点总体设计
• 2.1 WSN 网关节点总体设计
• 2.1.1 网关节点需求分析
• 2.1.2 网关节点微处理器选型
• 2.1.3 网关节点操作系统选型
• 2.1.4 网关节点通信方式选择
• 2.1.5 网关节点总体设计方案
• 2.2 本章小结
• 第三章 WSN 网关节点硬件设计
• 3.1 S3C2410 处理器概述
• 3.2 电源模块设计
• 3.2.1 核心板电源设计
• 3.2.2 扩展板电源设计
• 3.3 复位及时钟电路
• 3.4 存储器模块设计
• 3.4.1 SDRAM 接口电路
• 3.4.2 Flash 接口电路
• 3.4.4 SD 卡接口电路
• 3.5 GPRS 通信模块设计
• 3.5.1 MC39i 简介
• 3.5.2 MC39i 接口电路
• 3.6 人机接口模块设计
• 3.6.1 LCD 接口电路
• 3.6.2 触摸屏接口电路
• 3.7 通用外围模块设计
• 3.7.1 JTAG 接口电路
• 3.7.2 Ethernet 接口电路
• 3.7.3 RS232 接口电路
• 3.7.4 USB 接口电路
• 3.8 本章小结
• 第四章 WINCE.NET 操作系统移植
• 4.1 WINCE.NET 操作系统开发概述
• 4.1.1 WinCE 体系结构及开发流程
• 4.1.2 WinCE 系统开发工具介绍
• 4.2 BSP 开发
• 4.2.1 BSP 简介
• 4.2.2 BSP 开发
• 4.3 WINCE 操作系统移植
• 4.3.1 WinCE 内核的定制
• 4.3.2 生成SDK
• 4.4 本章小结
• 第五章 WSN 网关节点应用程序开发
• 5.1 EVC 简介
• 5.2 网关节点应用程序结构
• 5.3 人机界面设计
• 5.4 串口通信设计
• 5.5 SQLITE 数据库的实现
• 5.5.1 温室属性管理
• 5.5.2 传感器节点管理
• 5.5.3 实时数据管理
• 5.5.4 历史数据管理
• 5.5.5 预警配置管理
• 5.6 GSM 短信预警的实现
• 5.6.1 启动MC39i 模块
• 5.6.2 预警短信的实现
• 5.7 GPRS 数据传输的实现
• 5.7.1 建立GPRS 网络连接
• 5.7.2 GPRS 数据传输的实现
• 5.8 本章小结
• 第六章 系统测试
• 6.1 系统部署方案
• 6.2 单机测试
• 6.3 联网测试
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 附录一 网关节点实物图
• 致谢
• 作者简介