基于Cortex-A9的物联网网关设计与实现
发布时间：2020-03-19 09:52
【摘要】：物联网是新一代信息技术的重要组成部分,是带动世界经济快速发展的重要生产力,将极大的改变人们的生活方式,具有很大的市场潜力。物联网通过感知识别与控制,实现人与人、物与物、人与物的连接,进一步实现信息共享。物联网技术在深入发展的同时,也将促进传感器设备种类和数量的增加以及应用领域的增加。物联网的发展,离不开相应的网关设备。网关作为连接感知层和传输层的纽带,需要具备比较强的接入能力,方便外围设备接入。总而言之,网关是物联网系统中的核心设备,对物联网的发展有很大的影响。传统的网关设备不能满足物联网网关的要求,嵌入式技术的发展,为物联网的发展提供了新的动力,现在嵌入式技术设备已经应用到我们生活中的各个领域,嵌入式设备以其便携性、功耗低的特点,将极大的推动物联网技术的发展。本文结合目前对网关技术的实际需求,分析物联网的体系架构以及物联网网关在整个物联网系统中的地位,提出了一种符合新的实际应用的网关系统设计方案,该方案实现的思路是:首先,该系统利用ARM架构的处理器为系统核心控制平台,分析系统的硬件组成以及软件架构。围绕核心处理器,设计了外围基本电路模块:以太网接口模块、串口模块、USB接口模块以及SD卡接口模块。核心处理器与外围电路模块构成了网关系统的总体硬件平台。基于该平台,通过USB接口模块和RS232串口模块与外接设备相互通信,实现了视频信号和无线信号的采集功能。外部设备主要是USB摄像头模块、ZigBee无线网络模块以及GSM短信模块,在系统设计当中,详细分析了这三个外部设备的工作原理以及硬件电路。其次,课题设计使用目前流行的Linux操作系统,文中详细介绍了Linux系统的实现过程以及文件服务器的配置过程;详细介绍了HTTP协议,通过嵌入式WEB服务器技术实现良好的人机交互;详细分析了BOA服务器的工作原理,并进行了移植和测试;为了实现视频信号采集功能,详细分析了V4L2框架并利用该框架设计视频信号采集程序模块;为了通过GSM移动通信技术实现短信报警功能,文中详细分析了短信模块的工作模式以及工作原理,实现GSM模块短信功能,系统可以在数据异常的情况下自行报警,通知用户做出相应的救急措施,同时用户可以主动获取ZigBee采集的信息。在整个系统应用程序设计中,采用多进程通信机制,将GSM短信模块、ZigBee无线模块、USB摄像头模块分为三个部分,制定这三个部分与网关系统的命令数据格式,当客户端发送请求过来时,能够及时响应请求,并将用户需要的信息发送到客户端,在系统程序设计中,要充分考虑进程间的通信机制,充分解决好进程间通信竞争互斥问题,避免在响应客户请求时出现问题。最后,在搭建的系统环境下,对物联网网关的各项功能要求进行了测试,测试结果表明,用户通过客户端可以实时查看USB摄像头模块和ZigBee无线模块采集的信息,同时,GSM短信模块功能正常,用户可以通过该模块获取信息,在数据异常情况下,也能收到异常报警信息。本文设计的物联网网关系统运行稳定,实现了网关的基本功能,满足设计要求,同时还有良好的人机交互界面,为用户管理提供了便利。
【图文】：
像 BOA 服务器、Thttpd 服务器以及 Apache 服务器等等，这三种典型的嵌入式 Web 服务器，各有自己的特点。BOA 服务器一开始诞生的时候，就十分适合嵌入式系统，其功能比较强大，支持认证以及支持 CGI 等，是最受嵌入式开发者喜爱的 Web 服务器，虽然 BOA 服务器一般是单进程服务器，但是足够满足嵌入式设备的应用场合。Thttpd 服务器是一款精巧的 We 服务器，也非常简单，在请求发送中，并不使用 fork()函数来产生子进程，在安全性这一块，和 BOA服务器一样做的十分的好。相比较前面提到的两个 Web 服务器，Apache 服务器使用范围就要窄一些，虽然它的稳定性比较好，但是最大的缺点就是在使用的时候十分占用资源。对比这三种 Web 服务器，，本课题采用的是 BOA 服务器。Web 服务器工作流程是：客户端发出请求，服务器接收请求并对请求进行解析，解析完成后将相应的 HTML 静态或动态页面返回给浏览器端。Web 服务器体系结构如图 2-1 所示。目前有两种架构，一种是 C/S 结构，另一种是 B/S 结构。
着无线网络技术的快速发展，产生了许多新的应用，这当中典型的传感器网络。而无线传感网络也是物联网技术重要组成之一，因此大科技企业将大量的精力花费在对它的研究上。线传感器网络将计算机技术、无线通信技术、传感器技术等结合起对各种场合进行监控，采集各个设备的数据信息，并对它们进行分析结果传递给用户。它使得企业和个人管理设备变得更简单、更智能。无线传感器网络中有着多种类型的传感器，可实现对温度、光照移动速度等多种数据的监测，可应用在医疗、摄影、物流等各个生时无线传感器网络又具有成本低、可靠性高、功耗低等优点，未来来越广泛。线传感器网络主要由三个部分组成，分别为数据采集、数据传输和宏观角度，无线传感器网络又分为三个节点，分别为传感器节点（集和转发）、汇聚节点（负责传感器与目标网络连接）、管理者节理传感器网络），宏观框架如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.44;TN915.05
本文编号：2590069
【图文】：
像 BOA 服务器、Thttpd 服务器以及 Apache 服务器等等，这三种典型的嵌入式 Web 服务器，各有自己的特点。BOA 服务器一开始诞生的时候，就十分适合嵌入式系统，其功能比较强大，支持认证以及支持 CGI 等，是最受嵌入式开发者喜爱的 Web 服务器，虽然 BOA 服务器一般是单进程服务器，但是足够满足嵌入式设备的应用场合。Thttpd 服务器是一款精巧的 We 服务器，也非常简单，在请求发送中，并不使用 fork()函数来产生子进程，在安全性这一块，和 BOA服务器一样做的十分的好。相比较前面提到的两个 Web 服务器，Apache 服务器使用范围就要窄一些，虽然它的稳定性比较好，但是最大的缺点就是在使用的时候十分占用资源。对比这三种 Web 服务器，，本课题采用的是 BOA 服务器。Web 服务器工作流程是：客户端发出请求，服务器接收请求并对请求进行解析，解析完成后将相应的 HTML 静态或动态页面返回给浏览器端。Web 服务器体系结构如图 2-1 所示。目前有两种架构，一种是 C/S 结构，另一种是 B/S 结构。
着无线网络技术的快速发展，产生了许多新的应用，这当中典型的传感器网络。而无线传感网络也是物联网技术重要组成之一，因此大科技企业将大量的精力花费在对它的研究上。线传感器网络将计算机技术、无线通信技术、传感器技术等结合起对各种场合进行监控，采集各个设备的数据信息，并对它们进行分析结果传递给用户。它使得企业和个人管理设备变得更简单、更智能。无线传感器网络中有着多种类型的传感器，可实现对温度、光照移动速度等多种数据的监测，可应用在医疗、摄影、物流等各个生时无线传感器网络又具有成本低、可靠性高、功耗低等优点，未来来越广泛。线传感器网络主要由三个部分组成，分别为数据采集、数据传输和宏观角度，无线传感器网络又分为三个节点，分别为传感器节点（集和转发）、汇聚节点（负责传感器与目标网络连接）、管理者节理传感器网络），宏观框架如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.44;TN915.05
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 师敬旭;用于物联网通信的蓝牙网关设计[D];电子科技大学;2018年
本文编号：2590069
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