面向物联网的智能网关的设计与实现
发布时间：2021-06-12 22:04
随着无线传感器网络技术和物联网技术的飞速发展,信息的传输产业也越来越得到人们的重视。国家鼓励相关单位打造智能传感、智能网关、协议转换、工业机理模型库、工业软件等软硬件产品,加快部署应用。物联网网关主要用于实现无线传感网络和传统通信网络之间的通信,完成不同网络间的协议转换,将感知层的传感网络采集的数据更加直观地显示出来,最终完成对检测环境的监控和管理。本文主要论述了一种低功耗,应用于多种复杂环境下的实时采集监控的智能网关系统,并以振动预警环境的检测为背景进行设计与实现。本文首先对无线传感网络技术和物联网网关的国内外的研究现状进行分析,结合当下网关的功能和性能需求,选择适合的无线通信方式、系统核心微处理器和嵌入式操作系统,最后提出了面向物联网的智能网关整个架构的设计方案,并按照感知层、网络层和应用层的层次划分,整个智能网关平台可分三个子平台,分别为采集终端、网关子平台和监控中心。其次,根据整体设计方案对整个平台的硬件和软件设计详细分析。硬件设计中以ARM微控制器树莓派3B+和STM32L496单片机为核心,搭建智能网关硬件平台,并对硬件平台的设计原理进行合理详细的阐述。其中网关子平台中围绕...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
网关子平台核心板实物图
吉林大学硕士学位论文20图3.4网关子平台外设板实物图3.2.3网关子平台扩展接口GPIO通用输入/输出接口是树莓派的功能接口，表3.2为树莓派40Pin引脚的定义功能表。表3.2树莓派40Pin引脚定义功能名物理引脚（BOARD编码）功能名3.3V125VSDA.1345VSCL.156GNDGPIO.778TXDGND910RXDGPIO.01112GPIO.1GPIO.21314GNDGPIO.31516GPIO.43.3V1718GPIO.5MOSI1920GNDMISO2122GPIO.6SCLK2324CE0GND2526CE1SDA.02728SCL.0GPIO.212930GNDGPIO.223132GPIO.26GPIO.233334GNDGPIO.243536GPIO.27GPIO.253738GPIO.28GND3940GPIO.29摄像头模块SX1268LoRa模块SIM7600CE4G模块串口扩展模块
第3章面向物联网的智能网关的硬件设计21这些扩展接口用于外接扩展模块，包括LoRa模块和4G模块。树莓派通过控制GPIO接口从而控制相应的扩展模块，用于程序中读取电路中的电信号，也可以控制电路提供相应的电信号，从而最终实现网关子平台的各个功能。CSI摄像头接口为一个专用的连接器，它用于外接树莓派的摄像头模块，通过树莓派对摄像头模块的控制，从而对周围环境完成监控，了解周围环境信息。3.2.4串口扩展模块串口扩展模块选择微雪的Stack_HAT，在网关子平台中起到丰富网关功能的作用，使网关更具多样化和功能化。将串口扩展模块接入树莓派的40Pin的GPIO通用口，且可直接插入或排针连接的接入形式，且该模块拥有USB外部供电接口，为多个外设扩展模块提供工作功率。串口扩展模块可为树莓派外扩5组2×20的排针接口，方便接入多个扩展模块。图3.5串口扩展模块实物图3.2.5主要扩展模块_LoRa模块1.SX1268LoRaHAL模块的简介在网关子平台中，LoRa模块选用的是微雪的SX1268433MLoRaHAT模块，该模块是基于E22_400T22s模组设计的扩展模块。该模块采用新一代LoRa扩频技术，并可通过自动中继功能，完成超远距离的通信传输。通过其低功耗和抗干扰强的特性使其在工业和数据采集等领域得到广泛应用。其相应的产品参数如表3.3所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向能耗的无线传感器网络节点协同休眠机制[J]. 赵会峰,苏汉,胡文建,孙静. 信息技术. 2020(02)
[2]4G改变生活5G改变社会-5G业务应用[J]. 孙艳. 数字通信世界. 2019(12)
[3]短距离无线通信技术及其融合发展[J]. 孔雀. 信息与电脑(理论版). 2019(21)
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[8]浅谈短距离无线通信技术及其融合发展研究[J]. 贾兴华,沈涛. 中国新通信. 2019(14)
[9]基于Spring Boot的大学城移动云服务平台设计与实现[J]. 常贤发. 电脑编程技巧与维护. 2019(07)
[10]关于物联网NB-IoT和LoRa的技术分析[J]. 闫宁,杨磊. 中国新通信. 2019(09)
硕士论文
[1]基于规则引擎的智慧家居网关设计与实现[D]. 解宁宇.重庆邮电大学 2017
[2]智能变电站中无线通信系统的电磁环境建模与仿真[D]. 郭法明.北京邮电大学 2017
[3]物联网网关异构协议中间件关键技术研究[D]. 王艳.深圳大学 2016
[4]基于LTE上行物联网网关的实现[D]. 谢众.武汉邮电科学研究院 2015
[5]基于物联网的智能网关系统研究与实现[D]. 羡慧竹.北京工业大学 2014
[6]基于嵌入式Linux的物联网网关设计与应用[D]. 贾峥.重庆理工大学 2014
[7]基于嵌入式Linux的物联网网关研究与实现[D]. 常英亮.北京交通大学 2014
[8]基于物联网技术的网络资源智能管理平台设计与实现[D]. 林巧彬.华南理工大学 2013
[9]低功耗无线传感器网络的研究与实现[D]. 高宏.天津大学 2012
[10]无线传感器网络组密钥管理方案的研究[D]. 卞川.南京航空航天大学 2010
本文编号：3226369
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
网关子平台核心板实物图
吉林大学硕士学位论文20图3.4网关子平台外设板实物图3.2.3网关子平台扩展接口GPIO通用输入/输出接口是树莓派的功能接口，表3.2为树莓派40Pin引脚的定义功能表。表3.2树莓派40Pin引脚定义功能名物理引脚（BOARD编码）功能名3.3V125VSDA.1345VSCL.156GNDGPIO.778TXDGND910RXDGPIO.01112GPIO.1GPIO.21314GNDGPIO.31516GPIO.43.3V1718GPIO.5MOSI1920GNDMISO2122GPIO.6SCLK2324CE0GND2526CE1SDA.02728SCL.0GPIO.212930GNDGPIO.223132GPIO.26GPIO.233334GNDGPIO.243536GPIO.27GPIO.253738GPIO.28GND3940GPIO.29摄像头模块SX1268LoRa模块SIM7600CE4G模块串口扩展模块
第3章面向物联网的智能网关的硬件设计21这些扩展接口用于外接扩展模块，包括LoRa模块和4G模块。树莓派通过控制GPIO接口从而控制相应的扩展模块，用于程序中读取电路中的电信号，也可以控制电路提供相应的电信号，从而最终实现网关子平台的各个功能。CSI摄像头接口为一个专用的连接器，它用于外接树莓派的摄像头模块，通过树莓派对摄像头模块的控制，从而对周围环境完成监控，了解周围环境信息。3.2.4串口扩展模块串口扩展模块选择微雪的Stack_HAT，在网关子平台中起到丰富网关功能的作用，使网关更具多样化和功能化。将串口扩展模块接入树莓派的40Pin的GPIO通用口，且可直接插入或排针连接的接入形式，且该模块拥有USB外部供电接口，为多个外设扩展模块提供工作功率。串口扩展模块可为树莓派外扩5组2×20的排针接口，方便接入多个扩展模块。图3.5串口扩展模块实物图3.2.5主要扩展模块_LoRa模块1.SX1268LoRaHAL模块的简介在网关子平台中，LoRa模块选用的是微雪的SX1268433MLoRaHAT模块，该模块是基于E22_400T22s模组设计的扩展模块。该模块采用新一代LoRa扩频技术，并可通过自动中继功能，完成超远距离的通信传输。通过其低功耗和抗干扰强的特性使其在工业和数据采集等领域得到广泛应用。其相应的产品参数如表3.3所示：
【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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[6]基于嵌入式Linux的物联网网关设计与应用[D]. 贾峥.重庆理工大学 2014
[7]基于嵌入式Linux的物联网网关研究与实现[D]. 常英亮.北京交通大学 2014
[8]基于物联网技术的网络资源智能管理平台设计与实现[D]. 林巧彬.华南理工大学 2013
[9]低功耗无线传感器网络的研究与实现[D]. 高宏.天津大学 2012
[10]无线传感器网络组密钥管理方案的研究[D]. 卞川.南京航空航天大学 2010
本文编号：3226369
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