摘要

　　隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的嵌入式是未來(lái)發(fā)展的趨勢。物聯(lián)網(wǎng)體系中將感知層的信息采集作為基礎,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )層實(shí)現信息的傳輸,最后由應用層進(jìn)行統一的管理。本課題從感知信息出發(fā),利用嵌入式系統進(jìn)行信息采集,通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據傳輸,并由遠程應用服務(wù)中必進(jìn)行統一的監控。

　　本文基于嵌入式技術(shù)與無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現了物聯(lián)網(wǎng)數據采集系統的開(kāi)發(fā),主要研究?jì)热萦?

　　(1)設計了物聯(lián)網(wǎng)數據采集系統的總體架構,系統由感知終端和應用服務(wù)中也構成。感知終端選用S3C2440開(kāi)發(fā)板作為核也,進(jìn)行遠程信息采集,通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )傳輸數據;應用服務(wù)中必采用VC++6.0作為軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境,實(shí)現對感知終端的遠程管理與數據分析。

　　(2)對感知終端進(jìn)行了軟硬件設計。運用ARM9、傳感器、攝像頭、3G無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)卡等實(shí)現終端硬件平臺搭建。同時(shí)進(jìn)行數據采集軟件的設計,自定義了感知終端和應用服務(wù)中也的通信協(xié)議,設計了傳感器驅動(dòng)程序與應用程序,深入研究了　H.264編碼、motion運動(dòng)檢測和OpenSSL算法后設計了視頻監控與遠程安全升級程序。

　　(3)通過(guò)VC++6.0開(kāi)發(fā)應用服務(wù)中屯、的數據管理軟件,并選用SQL　Server　2012作為數據庫管理系統。深入研究了線(xiàn)程池、數據處理變換算法W及數據庫訪(fǎng)問(wèn)技術(shù),設計了網(wǎng)絡(luò )通訊程序、數據處理及顯示程序、用戶(hù)信息管理程序等。

　　通過(guò)對系統的測試,驗證了系統的可行性,其可廣泛應用于家庭、醫療、工廠(chǎng)等領(lǐng)域,具有巨大的實(shí)用價(jià)值和廣闊前景。

　　關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng),感知終端,S3C2440,3G,嵌入式,傳感器

Abstract

　　With the further development of embedded 1;echnology,the integration of the Internt ofThings(IoT) 1:echnology and embedded 1;echnology is the future development trend. In the loTsyst:em,the information colledion of the sensing layer is used as 也e basis,and theinformation is transmitted by the Iransmission layer. Finally,the unified management iscarried out by the application layer. So this paper takes advarUage of the embedded system tocollect the information, realizes the data transmission through the 3G network, and achievethe unined monkoring by the corresponding remo1:e application server.

　　In this paper,based on embedded l:echnology and wireless mobile communicationkchnology,achieve the development of data acquisition system.The main research contentsof the thesis are as follows:

　　(1)�塃xpounding the overall structure of loT data acquisition system, the syst;em mainlyconsists of two parts-the sensing terminal and application service center. S3C2440development board is adopkd as the core of the sensing terminal,to realize the informationacquisition,and through the 3G network to Ixansmission data; software in upper computer isdesigned with VC++6.0, the main function is to the remo1:e management and data analysis ofthe sensing 1:erminal.

　　(2)�塂esign the hardware and software of the sensing 1:erminal. Build hardware platformwith ARM9, sensor,camera,3 G wireless data terminal and so on,and design of dataacquisition software. Communication protocol between sensing terminal and applicationservice center is user-defined, and the sensor driver and the application program are designed.

　　After in-depth study of the H.264 encoding, motion detection and OpenSSL algorithm, thevideo surveillance and remo1;e security upgrade program is designed.

　　(3)�塂evelop 1:he application service center data management software by the VC++6.0,and use SQL Server 2012 as the database management system. Some deep research aboutthread pool,data processing and txansformation algorithm and database access 1;echnology aredone. The network communication programs, data processing and display program and theuser information management program are desined.

　　Through the testing of the system, the feasibility of the system has been verified, whichcan be widely used in the field of family, medical treatment, factory and so on. It has greatpractical value and broad prospects.

　　Key word: Internet of Things,Sensing 1;erminal,S3C2440, 3G,Embedded Linux,Sensor

　　物聯(lián)網(wǎng)是繼個(gè)人PC、網(wǎng)絡(luò )之后信息技術(shù)的第王次產(chǎn)業(yè)浪潮,它將傳統的基礎設施與高度發(fā)達的信息網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了整合。根據世界移動(dòng)通信協(xié)會(huì )的統計預測;預估到2020年時(shí),全世界的聯(lián)網(wǎng)設備數量將會(huì )有244.5億件,而涉及到的市場(chǎng)份額也會(huì )升到1.2萬(wàn)億美元以。物聯(lián)網(wǎng)的高速推進(jìn)以及嵌入式技術(shù)的普適運用,為實(shí)現系統智能化營(yíng)造了良好的發(fā)展環(huán)境。而且隨著(zhù)眾多領(lǐng)域廣泛的采用智能化的嵌入式設備,使得其在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中得到了良好的成長(cháng)。智能化的嵌入式設備可以按照實(shí)際的用途對嵌入式系統進(jìn)行定制,同時(shí)仍可以保證設備的穩定性、功耗以及成本等眾多外在考量。智能化的嵌入式系統和傳統的流水線(xiàn)型的單片機的區別在于其可以同時(shí)運行多進(jìn)程,多線(xiàn)程和更高級的操作系統,因此可以用來(lái)解決豐富的實(shí)際問(wèn)題。而且隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)數量的不斷増加,今年連接節點(diǎn)的數量就將達到近10億,因此眾多的嵌入式設備要迫切的連接到物聯(lián)網(wǎng)中來(lái)增強其實(shí)用性和功能性P1。與此同時(shí),以人為樞紐的普適計算技術(shù)正在積極地推動(dòng)下-次的科技突破,這意味著(zhù),智能嵌入式設備將會(huì )存在于我們生活的方方面面,為人民生活提供更加友善的服務(wù)。面對物聯(lián)網(wǎng)的高度飄合、普適計算的積極應用而產(chǎn)生的機遇,將助力嵌入式應用技術(shù)向縱深進(jìn)一步地發(fā)展,孕育出更多新穎的嵌入式應用技術(shù)。

　　目前,物聯(lián)網(wǎng)的廣泛普及己經(jīng)融匯到了人們日常生產(chǎn)生活的各個(gè)層面。從結構分層的方向看,物聯(lián)網(wǎng)可表示為:全面感知的感知層、可靠傳輸的網(wǎng)絡(luò )層和智能處理的應用層組成的3層架構。各種新興的傳感技術(shù)如監控攝像頭、人臉識別技術(shù)、全球定位系統等構成了物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢。但是,在傳感器件上最為突出的是缺乏有效的合作,缺乏統領(lǐng)者,標準不統一,整合困難,行業(yè)間的安全因素限制,所以在一些需要采集多種信息的工作場(chǎng)合我們顯得有些一籌莫展。為了傳感信息、圖片、視頻等需求的數據進(jìn)行統一的處理和傳輸,需要一個(gè)智能化的終端平臺,進(jìn)行統一的控制、處理、傳輸采集到的信息。因為嵌入式系統具有智能度高、可攜帶性強以及數字性?xún)?yōu)越等特點(diǎn),正被大量地應用到物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)信息采集系統中以。眾多周知,嵌入式Linux操作系統擁有很多支持的互聯(lián)網(wǎng)軟件以及強大的Net以ork功能以。不僅如此,在網(wǎng)絡(luò )安全方面,Linux操作系統運用了多種安全保障如核也授權、審計跟蹤等技術(shù)措施來(lái)為網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)提供安全的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境綜上所述,伴隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)+的深度融合與快速推進(jìn),智能嵌入式設備在智能遠程醫療、交通、家庭等領(lǐng)域都展示了其特有的長(cháng)處以。本文正是將嵌入式Linux操作系統和ARM9處理器相融合,實(shí)現了一個(gè)整合圖像、視頻、溫濕度傳感器、PM2.5粉塵傳感器,遠程安全升級等模塊的物聯(lián)網(wǎng)信息采集系統,并且采用現在純熟的3G網(wǎng)絡(luò )將各終端數據傳輸到應用服務(wù)中必的服務(wù)器系統,進(jìn)行遠端實(shí)時(shí)在線(xiàn)監控,將感知終端傳輸回來(lái)的數據進(jìn)行解析、處理和顯示。因此,無(wú)論從學(xué)術(shù)層面、技術(shù)層面或價(jià)值層面考量,還是人們對未來(lái)美好生活的向往以,設計一個(gè)基于Linux的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)數據乂集系統都是很富有意義的。

　　近年來(lái),隨著(zhù)移動(dòng)支付、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、物品安全追蹤、糧食物流等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的新興發(fā)展,全球物聯(lián)網(wǎng)應用已然進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性實(shí)用階段。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的興起,政府規劃層面、科研發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級等層面的基礎性跨學(xué)科交織領(lǐng)域的前沿技術(shù),都在被世界很多國家積極推進(jìn)。美國、韓國、日本和歐洲的一些信息技術(shù)前沿國家和組織都在積極的制訂著(zhù)各自與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的策略性發(fā)展綱要tlD’以。國內外學(xué)者前期已經(jīng)展開(kāi)了物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)項目的研究如:城市管理、物流供應鏈、智能電網(wǎng)等,而且收獲了不錯的研究成效。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展上看,物聯(lián)網(wǎng)的眾多關(guān)鍵性技術(shù),如微電子,傳感,通信網(wǎng)等,都擁有了很好的產(chǎn)業(yè)基礎。以傳感器技術(shù)和RFID技術(shù)為代表的感知技術(shù)是目前發(fā)達國家重點(diǎn)發(fā)展的核必技術(shù),而且美國在世界上率先開(kāi)展傳感器巧絡(luò ),RFID,納米技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)研究￡121,且RFID技術(shù)已步入成熟發(fā)展期。"智慧地球"概念最初是國際商業(yè)機器公司創(chuàng )造性提出的,2009年剛擔任美國總統的奧己馬就對此做出了熱烈的響應,將物聯(lián)網(wǎng)作為一項戰略性新興技術(shù),整合到了城市管理、智能交通,智能家居和智慧醫療與安養等經(jīng)濟刺激項目中。國際商業(yè)機器公司推出的"智慧地球"計劃在美國取得了很好的成效,隨之在世界各國迅速推廣。而在2009年6月歐盟委員會(huì )發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規劃,且在第屯科技框架計劃下的移動(dòng)通訊技術(shù)、Heal出y、Traffic等多個(gè)項目中進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)研究規劃,意義在于保持歐盟在物聯(lián)網(wǎng)前沿領(lǐng)域的領(lǐng)導力。同時(shí)期包括日本的"I-Japan"和韓國"U-Korea"戰略規劃等。我國也非常重視物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應用,逐漸形成了以政府為主導的公共安全領(lǐng)域、以具體應用為區域的功能性應用和以個(gè)人生活為應用等H大種類(lèi)以。2015年7月國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于積極推進(jìn)"互聯(lián)網(wǎng)+"行動(dòng)的指導意見(jiàn)》,包括了頂層設計,標準研發(fā),商業(yè)模式,政府扶持等方面。工信部則通過(guò)組織產(chǎn)業(yè)目錄編制以及制定專(zhuān)項規劃等工作,進(jìn)一步帶動(dòng)發(fā)展相關(guān)重要領(lǐng)域。與此同時(shí),以物聯(lián)網(wǎng)智能制造"工業(yè)4.0"為藍本而制定的"中國制造2025"計劃己經(jīng)成為我國今后十年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰略。通過(guò)政府以及相關(guān)部口的合作努力,使得我國的物聯(lián)網(wǎng)呈現出產(chǎn)業(yè)鏈完整、市場(chǎng)規模大、技術(shù)研發(fā)成熟等眾多優(yōu)勢;為進(jìn)一步的高速發(fā)展打下了良好的基石。

　　近年來(lái),物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅猛,己然成為當前世界新一輪經(jīng)濟和科技發(fā)展的戰略制高點(diǎn);主要集中表現在以下四個(gè)層面:一是智能設備,如智能電視、智能空調、智能冰箱等涵蓋了傳統電器廠(chǎng)商,以及一些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、初創(chuàng )公司;二是控制中必,如阿里推出的阿里小智,集成諸多APP;　H是生態(tài)體系,當前出現的主要模式是智能模塊+控制中屯、+云服務(wù),如小米、海爾、阿里、騰訊、百度等;四是操作系統,目前推向物巧網(wǎng)操作系統的有阿里YunOS、騰訊的TOS、3600S等。隨著(zhù)物體進(jìn)入半智能化甚至全智能化的全球化應用;人、物、服務(wù)網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)一步深度融合;物聯(lián)網(wǎng)對制造、運營(yíng)、應用等相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的帶動(dòng)作用愈發(fā)突出。與此同時(shí)伴隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標準的進(jìn)一步升級與完善,物聯(lián)網(wǎng)將向集群化、協(xié)作化等方向延伸,進(jìn)一步加強產(chǎn)業(yè)合作,加快物聯(lián)網(wǎng)在相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域的滲透與融合;進(jìn)一步構建自主創(chuàng )新體系,提升產(chǎn)業(yè)核必競爭力;同時(shí)充分發(fā)揮市場(chǎng)優(yōu)勢,培育和壯大物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),形成全方位一體化的全球物聯(lián)網(wǎng)架構體系。物聯(lián)網(wǎng)也會(huì )不僅僅局限于簡(jiǎn)單的物體感知,收集環(huán)境信息;從而成為名副其實(shí)的物聯(lián)網(wǎng)t以,形成一個(gè)泛在的覆蓋萬(wàn)事萬(wàn)物的網(wǎng)絡(luò )。

　　隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)在安防、交通、醫療等與人民生活密切相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)一步應用,對21世紀世界人民的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了深刻的變革。助推健康、環(huán)保、和諧發(fā)展的經(jīng)濟社會(huì )新篇章tA以。暢想物聯(lián)網(wǎng)的美好未來(lái),可以發(fā)現民眾生活、城市管理和行業(yè)專(zhuān)業(yè)是未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)應用的3大領(lǐng)域。

　　在民眾生活方面,物聯(lián)網(wǎng)主要從家庭和城市兩方面為人類(lèi)提供智慧的生活方式。家庭層面的智慧生活是通過(guò)語(yǔ)音、姿態(tài)識別技術(shù)實(shí)現家電的智能控制功能,家居設備可以根據環(huán)境信息進(jìn)行主動(dòng)性和適應性調節;感知設備通過(guò)技術(shù)識別人的行為,判斷人的位置從而觸發(fā)智能化的服務(wù)城市層面的智慧生活是圍繞人們的日常的生活、工作、休息和娛樂(lè )等環(huán)節,合理調度電力、供水、通信、交通等資源,為人們提供全方位舒適的服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)將是建設中國特色小康狂會(huì )的核也基石。物聯(lián)網(wǎng)的迅速應用可以很好地增強政府的管理能力,如:public　service、social　development、city　management　等;從而促進(jìn)社會(huì )公共服務(wù)的立體化、深度化;人民生活的智慧化、便利化;不斷推動(dòng)人與自然的和諧、健康發(fā)展。

　　在城市管理方面,物聯(lián)網(wǎng)從企業(yè)、交通、通信、供水、電力、市政管理等城市重要組成部分入手,為未來(lái)城市提供智能的系統解決方案和管理平臺。采用新的計算模式和分析手段,將分布于城市中各個(gè)角落的監控系統傳回的數據轉化為智能決策的依據,幫助管理者更好地了解城市內發(fā)生的狀況,并且采取更有效的行動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)應用于城市管理有助于制定城市的長(cháng)期戰略和短期目標,改善市民體驗和生活效率,優(yōu)化城市的服務(wù)和運作。

　　在行業(yè)專(zhuān)業(yè)方面,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和系統的典型應用包括國防軍事、智能家居、環(huán)境保護、公共安全等,高度智能化、集成化、泛在化的物聯(lián)網(wǎng)系統,將為各種行業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展基于,從而推動(dòng)整個(gè)人類(lèi)社會(huì )生產(chǎn)力的全面提升。

PPP協(xié)商過(guò)程打印信息示意圖

撥號成功終端打印信息示意圖

PM2.5數據采集測試圖

數據終端管理系統登陸界面

系統主界面

用戶(hù)信息管理界面

最新感知終端信息界面

PM2.5整點(diǎn)曲線(xiàn)圖

監控系統界面

目錄

　　摘　要
　　Abstract
　　1 緒論
　　　　1.1 課題的研究背景與意義
　　　　1.2 國內外發(fā)展現狀及趨勢
　　　　1.3 論文的主要內容
　　2 物聯(lián)網(wǎng)數據采集系統總體方案設計
　　　　2.1 系統設計目標及功能需求分析
　　　　2.2 系統總體方案設計
　　　　　　2.2.1 現場(chǎng)信息采集感知終端
　　　　　　2.2.2 3G 網(wǎng)絡(luò )
　　　　　　2.2.3 物聯(lián)網(wǎng)應用服務(wù)中必
　　　　2.3 本章小結
　　3 物聯(lián)網(wǎng)數據采集系統平臺搭建
　　　　3.1 物聯(lián)網(wǎng)感知終端硬件平臺搭建
　　　　　　3.1.1 嵌入式核也板
　　　　　　3.1.2 傳感器設備
　　　　　　3.1.3 圖像采集設備
　　　　　　3.1.4 3G無(wú)線(xiàn)傳輸設備
　　　　3.2 物聯(lián)網(wǎng)數據采集終端軟件平臺搭建
　　　　　　3.2.1 搭建交叉編譯環(huán)境
　　　　　　3.2.2 系統引導代碼My-Boot的編寫(xiě)設計
　　　　　　3.2.3 Linux內核的移植
　　　　　　3.2.4 Linux根文件系統移植
　　　　3.3 應用服務(wù)中必軟件平臺搭建
　　　　3.4 本章小結
　　4 物聯(lián)網(wǎng)感知終端軟件設計
　　　　4.1 實(shí)現3G撥號上網(wǎng)
　　　　4.2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸數據協(xié)議
　　　　　　4.2.1 網(wǎng)絡(luò )傳輸通信協(xié)議
　　　　　　4.2.2 數據傳輸通信命令的設計
　　　　4.3 智能傳感器模塊設計
　　　　　　4.3.1 傳感器驅動(dòng)程序設計
　　　　　　4.3.2 傳感器采集應用程序設計
　　　　4.4 智能視頻監控模塊設計
　　　　　　4.4.1 實(shí)時(shí)視頻監控程序設計
　　　　　　4.4.2 智能物體動(dòng)態(tài)監測程序設計
　　　　4.5 智能遠程在線(xiàn)安全升級模塊設計
　　　　　　4.5.1 安全策略設計
　　　　　　4.5.2 遠程升級軟件設計
　　　　4.6 本章小結
　　5 物聯(lián)網(wǎng)應用服務(wù)中也軟件設計
　　　　5.1 應用服務(wù)中也需求分析與方案設計
　　　　5.2 登錄模塊程序設計
　　　　5.3 數據庫管理模塊設計
　　　　　　5.3.1 ADO數據庫鏈接
　　　　　　5.3.2 數據庫表單設計
　　　　5.4 網(wǎng)絡(luò )通訊模塊設計
　　　　　　5.4.1 實(shí)時(shí)任務(wù)程序設計
　　　　　　5.4.2 遠程數據傳輸程序設計
　　　　5.5 顯示模塊設計
　　　　　　5.5.1 視頻數據解碼的實(shí)現
　　　　　　5.5.2 視頻顯示的實(shí)現
　　　　5.6 用戶(hù)信息管理模塊設計
　　　　5.7 本章小結
　　6 系統測試與分析
　　　　6.1 用戶(hù)登錄測試與分析
　　　　6.2 智能傳感測試與分析
　　　　6.3 智能視頻監控測試與分析
　　　　6.4 智能遠程在線(xiàn)安全升級測試與分析
　　　　6.5 本章小結
　　7 總結與展望
　　致　謝
　　參考文獻

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