本文關鍵詞：基于Arm-Linux嵌入式植物生長環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：伴隨信息技術和物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展,各行各業(yè)均產(chǎn)生了翻天覆地的變化。在農(nóng)業(yè)領域,信息技術應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)管理、農(nóng)業(yè)經(jīng)營和農(nóng)業(yè)服務,采集來自于農(nóng)田、溫室、園林等各個環(huán)境信息。結合我國農(nóng)業(yè)實際情況,本文選取了具有高性價比的ARM芯片,輔之以開源且免費的嵌入式操作系統(tǒng)。設計了一種采用基于微處理器ARM9架構的嵌入式系統(tǒng),結合圖像、溫濕度傳感器及有線網(wǎng)絡,用于對植物生長環(huán)境進行監(jiān)控。為后續(xù)科學化的施肥、施藥、信息預警和科學管理、決策提供技術支持。本文首先根據(jù)當前形勢和背景說明環(huán)境信息監(jiān)控系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)方面的應用,闡述了開發(fā)相關產(chǎn)品的必要性。分析國內外環(huán)境監(jiān)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀,結合我國自身國情,提出了使用以ARM9架構的微處理器為核心的控制平臺與嵌入式Linux系統(tǒng)平臺,利用傳感器技術與網(wǎng)絡技術構建一個遠程植物環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。然后,根據(jù)功能需求搭建系統(tǒng)硬件平臺。嵌入式控制芯片使用三星公司的s3c2440,并結合相關外圍電路,來作為系統(tǒng)的控制和服務中心;選用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器來對環(huán)境溫濕度進行采集;使用中星微ZC0301攝像頭來對圖像進行采集;遠程監(jiān)控使用B/S架構,依靠PC端瀏覽器進行信息監(jiān)控。在制定總體方案之后,對硬件平臺各個模塊進行了詳細介紹。在完成系統(tǒng)硬件平臺的搭建之后,開始軟件平臺的設計,將采用自下而上的思想,以底層平臺的構建為開始,介紹實現(xiàn)原理和開發(fā)過程。其中系統(tǒng)軟件設計分為兩部分:操作系統(tǒng)平臺的搭建及應用程序的開發(fā)。先進行操作系統(tǒng)平臺的搭建,包括:建立交叉編譯環(huán)境,用以生成適用于本平臺的可執(zhí)行文件;移植BootLoader程序,用以引導操作系統(tǒng)的運行;配置,移植linux內核,用以提供服務給底層可編程部件,并提供運行環(huán)境給上層應用程序;使用Busy Box1.6工具制作了基于NAND Flash的JFFS2文件系統(tǒng),用以對存儲設備上的數(shù)據(jù)進行組織和管理。操作系統(tǒng)平臺搭建完成之后,實現(xiàn)對信息的采集工作,通過編寫并加載設備驅動及開發(fā)信息采集應用程序來完成。本文根據(jù)DHT11芯片的工作流程,設計驅動程序,編譯完成后加載入內核;給操作系統(tǒng)植入usb驅動補丁,之后對內核重新配置,編譯生成新的內核,增添了對usb攝像頭驅動的支持;移植sqlite數(shù)據(jù)庫,并建立溫濕度歷史記錄表;在圖像采集的過程中使用了Linux操作系統(tǒng)提供的v4l編程接口,根據(jù)采集圖像流程設計圖像采集程序;根據(jù)溫濕度采集流程編寫數(shù)據(jù)采集程序。接下來,利用嵌入式web監(jiān)控技術實現(xiàn)遠程監(jiān)控。包括:在已搭建完成的系統(tǒng)平臺上移植嵌入式WEB服務器,用以接受客戶機的請求,給客戶機提供可以瀏覽的網(wǎng)頁;編寫CGI程序,用以對環(huán)境溫濕度信息進行實時監(jiān)控;使用JAVA語言編寫瀏覽器客戶端JAVA Applet小程序,用于對采集到的圖像進行動態(tài)播放;最后使用html語言制作網(wǎng)頁客戶端,作為展示界面,包括系統(tǒng)主界面,溫濕度歷史記錄顯示界面,實時視頻播放界面。之后,實現(xiàn)嵌入式服務器程序。主要使用網(wǎng)絡套接字、多線程技術創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集線程和處理客戶端請求。為提高系統(tǒng)響應速度及減小系統(tǒng)開銷,使用了線程池技術來進行線程的管理,當線程池的處理能力不足時,利用動態(tài)調整思想對線程池內線程數(shù)量進行調整,增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后,對軟硬件平臺搭建及資源部署完成后的系統(tǒng)進行測試。實驗測試結果表明,系統(tǒng)能夠及時準確采集環(huán)境溫濕度及圖像信息,并具有遠程動態(tài)展示功能,為后續(xù)功能擴展與完善奠定了基礎。
【關鍵詞】：嵌入式系統(tǒng) 溫濕度傳感器 圖像采集 web遠程監(jiān)控
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S126;TP277;TP316.81
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-13
• 1.1 課題背景和意義10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外研究概況10-11
• 1.2.2 國內研究概況11-12
• 1.3 主要研究內容12-13
• 第2章 系統(tǒng)總體方案及硬件平臺介紹13-24
• 2.1 功能需求分析13
• 2.2 系統(tǒng)方案總體設計13-15
• 2.3 硬件平臺介紹15-24
• 2.3.1 目標板設計15-21
• 2.3.2 攝像頭的選取21-22
• 2.3.3 溫濕度傳感器22-24
• 第3章 系統(tǒng)軟件平臺設計24-41
• 3.1 嵌入式系統(tǒng)的組成24-25
• 3.2 交叉編譯環(huán)境的建立25-26
• 3.3 自舉程序開發(fā)和移植26-31
• 3.3.1 Bootloader介紹26
• 3.3.2 Bootloader啟動過程分析26-27
• 3.3.3 U-Boot介紹27
• 3.3.4 U-Boot詳細配置和移植27-31
• 3.4 Linux內核的定制和移植31-36
• 3.4.1 Linux內核概述31-32
• 3.4.2 Linux內核構成和結構32
• 3.4.3 Linux內核定制和移植32-36
• 3.5 根文件系統(tǒng)的制作36-41
• 3.5.1 根文件系統(tǒng)概述36
• 3.5.2 常見的文件系統(tǒng)類型36-37
• 3.5.3 Busybox工具包介紹和配置37-38
• 3.5.4 根文件系統(tǒng)制作與移植38-41
• 第4章 驅動設計和數(shù)據(jù)采集程序開發(fā)41-53
• 4.1 嵌入式Linux驅動開發(fā)41-45
• 4.1.1 Linux設備驅動41
• 4.1.2 溫濕度傳感器驅動設計41-44
• 4.1.3 攝像頭驅動移植44-45
• 4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計45-46
• 4.2.1 嵌入式數(shù)據(jù)庫介紹45
• 4.2.2 嵌入式開發(fā)對數(shù)據(jù)庫的需求45-46
• 4.2.3 SQLite數(shù)據(jù)庫建立46
• 4.3 視頻采集程序的設計46-51
• 4.3.1 Linux中V4L2的簡介46-49
• 4.3.2 圖像采集的實現(xiàn)49-50
• 4.3.3 模塊功能設計50
• 4.3.4 采集線程與客戶端的交互50-51
• 4.4 溫濕度采集程序的設計51-53
• 第5章 嵌入式WEB監(jiān)控的實現(xiàn)53-62
• 5.1 嵌入式WEB監(jiān)控技術53-54
• 5.1.1 C/S(Client/Server)模式53
• 5.1.2 B/S(Browser/Server)模式53-54
• 5.1.3 基于B/S結構的WEB遠程監(jiān)控系統(tǒng)54
• 5.2 嵌入式WEB服務器移植54-55
• 5.2.1 WEB設備監(jiān)控模型54
• 5.2.2 WEB服務器選擇54
• 5.2.3 Boa服務器的移植54-55
• 5.3 CGI網(wǎng)頁交互程序設計55-57
• 5.3.1 CGI技術概述55-56
• 5.3.2 CGI程序工作過程56
• 5.3.3 CGI網(wǎng)頁交互程序設計56-57
• 5.4 使用Java顯示視頻57-59
• 5.4.1 Java進行視頻動態(tài)顯示的原理57
• 5.4.2 基于Java的視頻接收程序57-59
• 5.5 網(wǎng)頁客戶端設計59-62
• 5.5.1 HTTP協(xié)議介紹59
• 5.5.2 HTML網(wǎng)頁客戶端的設計59-62
• 第6章 服務器程序實現(xiàn)及系統(tǒng)測試62-72
• 6.1 客戶端與服務器的通信實現(xiàn)62-65
• 6.1.1 套接字socket介紹62-63
• 6.1.2 服務器端使用socket建立通信63-65
• 6.2 終端服務器的實現(xiàn)65-69
• 6.2.1 多線程機制65
• 6.2.2 線程池介紹65-66
• 6.2.3 線程池動態(tài)調整66-67
• 6.2.4 服務器端程序設計67-69
• 6.3 系統(tǒng)測試69-72
• 6.3.1 建立測試環(huán)境69
• 6.3.2 測試步驟69-70
• 6.3.3 視頻監(jiān)控測試70
• 6.3.4 溫濕度監(jiān)控測試70-72
• 結論72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻74-76
• 攻讀學位期間取得學術成果76

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本文編號：492598