基于FPGA的室内环境监控系统设计与实现
发布时间：2021-03-15 05:09
随着信息技术的发展,人们的生活水平不断提高。然而,由于社会工业化而引发的环境问题也日益突出。在传统建筑中,室外环境恶劣直接导致室内环境质量变差,而室内环境质量长期不佳将给居民的身心健康带来严重的影响。虽然在20世纪80年代初,美国就已经提出智能家居的概念,但直到最近几年,随着传感技术、通信技术、嵌入式技术等物联网技术的发展,才逐渐出现适用于普通家庭的智能家居系统。但不同厂商的软件系统与硬件设备之间往往存在兼容性问题,并且变送器设备的数据格式和处理过程也没有统一的标准,环境信息的采集能力也比较薄弱。针对这些问题,本文从硬件设计方案、变送器标准和物联网通信协议三方面进行研究,基于Xilinx公司的ZYNQ系列FPGA开发平台,根据IEEE 1451.2标准,设计了一套可用于监测和控制温度、湿度、光照强度、PM2.5等多种环境参量的系统。该系统硬件上主要包括智能变送器接口模块（STIM）和网络适配应用处理器（NCAP）模块,并通过ZigBee模块接入了无线传感网络;软件上主要包括智能变送器驱动层、智能变送器协议层和CoAP服务器层。其中,STIM依据IEEE1451.2协议实现环境信息的采集...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容
1.4 论文组织结构
第2章 室内环境监控系统关键技术分析
2.1 嵌入式技术
2.2 变送器接入技术
2.2.1 变送器常见接口
2.2.2 IEEE1451标准概述
2.2.3 IEEE1451.2智能变送器接口标准
2.3 CoAP协议
2.4 本章小结
第3章 室内环境监控系统总体设计
3.1 系统需求分析
3.2 系统总体架构
3.2.1 硬件总体架构
3.2.2 软件总体架构
3.3 本章小结
第4章 室内环境监控系统硬件设计及实现
4.1 硬件设备选型
4.1.1 硬件平台选型
4.1.2 变送器选型
4.1.3 无线传感设备选型
4.2 单线执行器IP核设计与实现
4.2.1 单线执行器IP核总体设计
4.2.2 单线执行器IP核寄存器描述
4.2.3 单线执行器IP核控制流程
4.2.4 单线执行器IP核仿真验证
4.3 FPGA工程设计与实现
4.4 本章小结
第5章 室内环境监控系统软件设计与实现
5.1 智能变送器驱动层设计与实现
5.1.1 Standalone系统设计
5.1.2 无线传感系统设计
5.2 智能变送器协议层设计与实现
5.2.1 TEDS设计及实现
5.2.2 STIM模块设计及实现
5.3 CoAP服务器层设计与实现
5.3.1 PetaLinux系统的定制及其他支持库的移植
5.3.2 CoAP服务器详细设计
5.4 本章小结
第6章 室内环境监控系统测试与分析
6.1 系统资源测试与分析
6.2 系统运行测试与分析
6.3 响应时间测试与分析
6.4 功耗测试与分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Zynq平台PCIE高速数据接口的设计与实现[J]. 杨亚涛,张松涛,李子臣,张明舵,曹广灿. 电子科技大学学报. 2017(03)
[2]基于本体的物联网设备资源描述模型[J]. 王书龙,侯义斌,高放,及歆荣. 北京工业大学学报. 2017(05)
[3]一种针对资源约束设备服务集成的面向服务架构[J]. 王懿,傅宏,邱林,夏海燕. 自动化与仪器仪表. 2016(10)
[4]基于FPGA的动态部分可重构智能I/O接口设计与实现[J]. 徐健,李贺,龚东磊,方明. 计算机工程. 2016(06)
[5]IEEE1451.2网络化智能传感器校正引擎的研究[J]. 臧晶,赵常. 沈阳理工大学学报. 2016(02)
[6]基于FPGA的嵌入式双核系统设计[J]. 王晓璐,王少军,刘大同. 计算机测量与控制. 2015(11)
[7]基于ZigBee的红外空调控制[J]. 聂川,秦会斌,屈力扬. 电子设计工程. 2015(14)
[8]基于CC1200的嵌入式无线数据通讯系统的设计[J]. 利明,杨秀芳,陈剑虹. 西安理工大学学报. 2015(02)
[9]IIC总线在Linux下驱动程序的设计与实现[J]. 李植,李哲,牟云飞. 工业控制计算机. 2015(05)
[10]基于LonWorks与ZigBee技术的智能家居系统构建[J]. 张佑春,张晓娟,朱炼. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2015(02)
硕士论文
[1]基于IEEE1451.2智能网络传感器的研发[D]. 张延响.山东科技大学 2017
[2]DSP+FPGA平台功耗管理的研究与实现[D]. 任程.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于ZigBee的无线传感网络智能家居监控系统设计与实现[D]. 杜德琴.燕山大学 2016
[4]面向移动环境的服务提供框架研究与实现[D]. 陈明龙.浙江大学 2016
[5]FPGA功耗模型建立与热点分析[D]. 同亚娜.西安电子科技大学 2015
[6]基于Android手机的蓝牙智能家居系统开发及干扰抑制研究[D]. 崔冰一.吉林大学 2015
[7]基于物联网业务平台的设备管理方法研究与实现[D]. 张雪.北京邮电大学 2015
[8]IEEE1451.2智能变送器接口模块的研究与设计[D]. 段文浩.燕山大学 2012
[9]HBS总线协议与BACnet协议转换模块的研究[D]. 张富海.山东大学 2012
[10]基于IEEE1451.2标准的网络应用处理器设计与实现[D]. 牛杰.国防科学技术大学 2007
本文编号：3083615
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容
1.4 论文组织结构
第2章 室内环境监控系统关键技术分析
2.1 嵌入式技术
2.2 变送器接入技术
2.2.1 变送器常见接口
2.2.2 IEEE1451标准概述
2.2.3 IEEE1451.2智能变送器接口标准
2.3 CoAP协议
2.4 本章小结
第3章 室内环境监控系统总体设计
3.1 系统需求分析
3.2 系统总体架构
3.2.1 硬件总体架构
3.2.2 软件总体架构
3.3 本章小结
第4章 室内环境监控系统硬件设计及实现
4.1 硬件设备选型
4.1.1 硬件平台选型
4.1.2 变送器选型
4.1.3 无线传感设备选型
4.2 单线执行器IP核设计与实现
4.2.1 单线执行器IP核总体设计
4.2.2 单线执行器IP核寄存器描述
4.2.3 单线执行器IP核控制流程
4.2.4 单线执行器IP核仿真验证
4.3 FPGA工程设计与实现
4.4 本章小结
第5章 室内环境监控系统软件设计与实现
5.1 智能变送器驱动层设计与实现
5.1.1 Standalone系统设计
5.1.2 无线传感系统设计
5.2 智能变送器协议层设计与实现
5.2.1 TEDS设计及实现
5.2.2 STIM模块设计及实现
5.3 CoAP服务器层设计与实现
5.3.1 PetaLinux系统的定制及其他支持库的移植
5.3.2 CoAP服务器详细设计
5.4 本章小结
第6章 室内环境监控系统测试与分析
6.1 系统资源测试与分析
6.2 系统运行测试与分析
6.3 响应时间测试与分析
6.4 功耗测试与分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Zynq平台PCIE高速数据接口的设计与实现[J]. 杨亚涛,张松涛,李子臣,张明舵,曹广灿. 电子科技大学学报. 2017(03)
[2]基于本体的物联网设备资源描述模型[J]. 王书龙,侯义斌,高放,及歆荣. 北京工业大学学报. 2017(05)
[3]一种针对资源约束设备服务集成的面向服务架构[J]. 王懿,傅宏,邱林,夏海燕. 自动化与仪器仪表. 2016(10)
[4]基于FPGA的动态部分可重构智能I/O接口设计与实现[J]. 徐健,李贺,龚东磊,方明. 计算机工程. 2016(06)
[5]IEEE1451.2网络化智能传感器校正引擎的研究[J]. 臧晶,赵常. 沈阳理工大学学报. 2016(02)
[6]基于FPGA的嵌入式双核系统设计[J]. 王晓璐,王少军,刘大同. 计算机测量与控制. 2015(11)
[7]基于ZigBee的红外空调控制[J]. 聂川,秦会斌,屈力扬. 电子设计工程. 2015(14)
[8]基于CC1200的嵌入式无线数据通讯系统的设计[J]. 利明,杨秀芳,陈剑虹. 西安理工大学学报. 2015(02)
[9]IIC总线在Linux下驱动程序的设计与实现[J]. 李植,李哲,牟云飞. 工业控制计算机. 2015(05)
[10]基于LonWorks与ZigBee技术的智能家居系统构建[J]. 张佑春,张晓娟,朱炼. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2015(02)
硕士论文
[1]基于IEEE1451.2智能网络传感器的研发[D]. 张延响.山东科技大学 2017
[2]DSP+FPGA平台功耗管理的研究与实现[D]. 任程.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于ZigBee的无线传感网络智能家居监控系统设计与实现[D]. 杜德琴.燕山大学 2016
[4]面向移动环境的服务提供框架研究与实现[D]. 陈明龙.浙江大学 2016
[5]FPGA功耗模型建立与热点分析[D]. 同亚娜.西安电子科技大学 2015
[6]基于Android手机的蓝牙智能家居系统开发及干扰抑制研究[D]. 崔冰一.吉林大学 2015
[7]基于物联网业务平台的设备管理方法研究与实现[D]. 张雪.北京邮电大学 2015
[8]IEEE1451.2智能变送器接口模块的研究与设计[D]. 段文浩.燕山大学 2012
[9]HBS总线协议与BACnet协议转换模块的研究[D]. 张富海.山东大学 2012
[10]基于IEEE1451.2标准的网络应用处理器设计与实现[D]. 牛杰.国防科学技术大学 2007
本文编号：3083615
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3083615.html
