应用于物联网的超低功耗终端机的设计

发布时间：2017-06-23 16:04

  本文关键词：应用于物联网的超低功耗终端机的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着电子技术的发展,超低功耗的终端机在物联网中的应用越来越广泛。超低功耗的终端机可以自带电池供电,整体设备体积小,安装方便,维护简单,整体成本低。在物联网的应用中,对于使用电池供电的超低功耗数据采集终端的需求也越来越多。本文完成的主要工作包括：(1)在综合考虑设备性能、设备成本、开发周期、开发难度的基础上确定了使用STM32系列ARM处理器作为系统主芯片,GPRS (General Packet Radio Service)通讯模组选用在工业领域有着广泛应用的SIM900A。(2) 嵌入式操作系统选用uC/OS-Ⅱ,基于uC/OS-Ⅱ的基础之上,完成系统程序的开发。为了实现系统的超低功耗,uC/OS-Ⅱ操作系统的底层和用户钩子函数做了改写和优化。(3) 软硬件开发平台采用开源软件,软件使用Eclipse平台搭建开发环境,与集成化商业软件不同,使用开源软件需要做更多的配置和设置工作。硬件的开发采用kicad电路设计软件完成。(4) 针对系统超低功耗的要求,在保证系统功能的前提下,从硬件设计和软件设计两个方面都进行针对性设计,并在硬件和软件相互影响和配合上做了优化。本文设计和实现的设备目前已经产品化,并已经在水利、环保及农业田间管理的多个项目中投入实际使用。在物联网中作为数据采集和传输的终端,完成现场的数据采集,并通过GPRS无线方式将数据发送到监控中心。因为做了超低功耗设计,在仅使用设备自带电池的典型应用情况下,可以使用两年时间。并且因为不需要外部供电设备,产品的体积小巧,非常方便安装和使用。产品投放市场以来,运行情况良好,达到了设计目标。
【关键词】：物联网 uC/OS-Ⅱ 低功耗 数据采集终端 无线通讯
【学位授予单位】：中国科学院大学(工程管理与信息技术学院)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 本课题的研究进展10-13
• 1.2.1 国内外研究现状10-12
• 1.2.2 数据采集终端机国内外研究现状12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第二章 系统整体方案15-23
• 2.1 系统整体方案15-16
• 2.2 终端机的系统组成16-18
• 2.3 终端机的嵌入式软件结构18-21
• 2.3.1 开发平台的选择18
• 2.3.2 嵌入式操作系统的选择18-19
• 2.3.3 软件功能模块的划分19-21
• 2.4 本章小结21-23
• 第三章 遥测终端机的硬件设计23-37
• 3.1 处理器核心模块的设计23-30
• 3.1.1 处理器核心模块设计方案和器件选型23-26
• 3.1.2 处理器核心电路的设计26-30
• 3.2 外围接口模块设计30-36
• 3.2.1 电源模块30-32
• 3.2.2 串行接口模块32-34
• 3.2.3 模拟量模块设计34-35
• 3.2.4 GPRS模块电路35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 终端机的软件设计37-57
• 4.1 开发平台的选择和搭建37-40
• 4.2 嵌入式操作系统任务划分40-43
• 4.3 驱动程序的设计43-45
• 4.3.1 模拟采样的驱动程序设计43
• 4.3.2 串行通讯驱动程序设计43-45
• 4.3.3 数字量接口的驱动程序设计45
• 4.4 任务模块的设计45-53
• 4.4.1 系统管理任务的设计45-47
• 4.4.2 数据采集任务的设计47-50
• 4.4.3 据处理任务的设计50-52
• 4.4.4 通讯任务的设计52-53
• 4.5 软件的低功耗设计53-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 终端机的实验测试57-67
• 5.1 实验平台的搭建57-59
• 5.2 系统测试59-66
• 5.2.1 功能性测试59-62
• 5.2.2 指标符合度测试62-64
• 5.2.3 低功耗测试64-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 6.1 论文工作总结67
• 6.2 未来工作展望67-69
• 参考文献69-71
• 致谢71-73
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果73

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本文编号：475547