井下高速率无线数据传输系统的研究

论文摘要

随着矿井现代化安全生产的要求，无线通信技术已经开始应用在矿井通信与监测中，从煤矿井下灾害环境的特殊性及救援工作的安全性来考虑，并对现有无线网络技术的实现方法进行比较，其中WLAN技术以其覆盖范围广，可无线自组网等优点，具有很好的应用前景。本文是以实现“煤矿井下应急救援通信系统”为背景，提出了一种井下前端短距离无线通信系统方案，是以ARM处理器S3C2440A为核心搭建硬件平台，同时选用嵌入式Linux作为操作系统，以实现基于WLAN的无线数据传输系统，并进行了硬件和软件总体设计分析。论文首先研究了以S3C2440A微处理器为核心的嵌入式系统硬件平台的架构，并详细分析了要实现设计要求的ARM最小系统的各个功能组成模块，主要包括：ARM核心模块、电源模块、存储模块、串口通讯模块、USB口通讯模块、数字视频接口模块等。在嵌入式软件系统部分进行了整体设计，介绍了嵌入式系统的开发环境建立、内核移植等，并分析了嵌入式系统的软件架构和启动流程，研究了无线数据传输终端软件设计，主要包括：视频采集、数据压缩、接口驱动以及基于WLAN技术无线视频通信等软件模块的实现。本课题的研究是基于ARM处理器和WLAN网络的无线数据传输系统，要满足前端视频数据的短距离无线传输，同时也可以通过WLAN网络进行传输距离的扩展，后端通过有线传输的方式连接到井下监控中心，以达到提高整个应急救援通信系统前端灵活性的需求。在此基础上，以系统载体开发板为发送端，扩展PC机为接收端，实现对无线通信任务的调试，并对数据传输速率进行了测试，基本上满足了设计要求，最后，论文对所完成的工作进行总结，并对今后系统终端的研究做出了进一步的展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 井下无线通信的现状及发展动态
• 1.3 本课题的目的和意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 系统方案设计
• 2.1 无线局域网技术的概述
• 2.1.1 WLAN 通信技术分类
• 2.1.2 WLAN 的拓扑结构和组成
• 2.1.3 WLAN 的标准
• 2.1.4 IEEE802.11X 系列标准比较
• 2.2 视频压缩技术简介
• 2.3 网络传输协议概述
• 2.3.1 网络传输协议基础
• 2.3.2 网络传输协议-RTP/RTCP
• 2.3.3 RTP/RTCP 的工作过程
• 2.4 嵌入式系统概述
• 2.4.1 ARM 简介
• 2.4.2 嵌入式 Linux 简介
• 2.5 煤矿井下对无线通信系统的要求
• 2.6 系统整体方案
• 2.7 本章小结
• 3 系统硬件开发平台的搭建
• 3.1 系统硬件开发环境的整体框架
• 3.2 系统硬件平台介绍及系统组成
• 3.2.1 硬件平台——S3C2440A
• 3.2.2 主板电源和复位电路
• 3.2.3 时钟及看门狗电路
• 3.2.4 SDRAM 和 FLASH
• 3.2.5 CAMERA 图像接口模块
• 3.2.6 USB 接口电路
• 3.2.7 串口电路
• 3.2.8 JTAG 接口电路
• 3.3 WLAN 无线通信模块
• 3.4 系统硬件总体调试平台
• 3.5 本章小结
• 4 基于 ARM 的无线数据传输系统的软件设计及实现
• 4.1 软件开发平台的建立
• 4.1.1 嵌入式开发环境的搭建
• 4.1.2 配置和编译 Bootloader
• 4.1.3 配置和编译 Linux 内核
• 4.1.4 移植根文件系统镜像
• 4.2 无线数据传输系统软件总体设计
• 4.3 前端采集模块的实现
• 4.3.1 摄像头 0V9655 驱动
• 4.3.2 图像数据的压缩
• 4.4 WLAN 传输模块的实现
• 4.4.1 WLAN 无线模块工作原理
• 4.4.2 WLAN 无线模块驱动结构
• 4.4.3 USB 无线模块 RT2870 驱动实现
• 4.5 基于 linux 的 RTP/UDP/IP 控制连接
• 4.6 本章小结
• 5 系统调试
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表文章
• 致谢