基于ARM的颗粒物浓度采集及远传系统研究
本文关键词:基于ARM的颗粒物浓度采集及远传系统研究 出处:《天津理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
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【摘要】:当今社会,环境问题已越来越影响人们的生活和国民经济的发展,尤其大气中的PM2.5和PM10,医学研究表明人体生理结构对PM2.5几乎没有任何过滤和阻拦作用,主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害。目前迫切需要一个能够对PM2.5和PM10浓度进行实时采集和传输的环境监测系统,实现实时监测。本文提出一种基于ARM的颗粒物浓度采集及远传系统,与市场上的产品相比,本系统主控芯片采用Samsung公司的S3C2440A微控器取代单片机,传感器采用Dust Sensor灰层传感器,并且新加入当前非常成熟的4G无线移动通讯网络替代GPRS移动网络提高传输速率和自适应RLS算法提高采集精度,以此实现对可吸入颗粒物的实时采集与传输。本文主要研究如下:一、对颗粒物浓度采集及远传系统的无线通信技术和自适应算法进行研究本系统采用4G无线通讯技术,对LET的网络架构及网络协议栈架构进行研究,主要研究了用户面和控制面协议栈,并对LMS、NLMS和RLS三种自适应滤波算法进行深入研究,以及对三种自适应滤波算法进行MATLAB仿真对比,结果表明RLS滤波算法对去噪声效果最优。二、对基于ARM的颗粒物浓度采集及远传系统整体结构设计和硬件设计本课题根据颗粒物浓度采集及远传系统的设计要求,提出一种颗粒物浓度采集及远传系统整体结构,并且根据提出的系统整体结构,搭建了基于S3C2440A微处理器的硬件结构,主要包括S3C2440A其外围电路、接口电路、供电模块、采集模块、4G无线通讯模块和A/D模块。同时根据PCB制版原则,完成颗粒物浓度采集及远传系统控制电路PCB制作。三、对颗粒物浓度采集及远传系统的软件设计在对颗粒物采集及远传系统的硬件分析和设计基础上,在KeilμVision5的开发环境下,采用C语言编程,完成对颗粒物浓度采集及远传系统的软件设计,主要包括:嵌入式Linux系统的搭建、应用程序和驱动程序的设计,且在软件中对颗粒物浓度采集及远传系统进行模块化调试。同时采用C/S架构设计了系统上位机。四、对颗粒物采集及远传系统的测试与分析在颗粒物采集及远传系统的硬件和软件设计完成后,对系统进行测试,测试项目主要包括通信功能测试、数据采集测试、USB-4G误码率测试和系统整体测试。测试结果表明,该系统4G无线网络通信质量强,下载速度快,采集模块采集到的数据准确等,并且整个系统小巧轻便、功耗低、易于安装等。
[Abstract]:Nowadays, environmental problems have more and more influence on people's life and the development of national economy, especially PM2.5 and PM10 in the atmosphere. Medical studies have shown that human physiological structure has little effect on filtering and blocking PM2.5. There is an urgent need for an environmental monitoring system that can collect and transmit PM2.5 and PM10 concentrations in real time. In this paper, a particle concentration collection and remote transmission system based on ARM is proposed, which is compared with the products in the market. The S3C2440A microcontroller of Samsung Company is used to replace the single chip microcomputer, and the Dust Sensor grey layer sensor is used in the main control chip of the system. And the new 4G wireless mobile communication network to replace the GPRS mobile network to improve the transmission rate and adaptive RLS algorithm to improve the acquisition accuracy. In order to achieve the real-time acquisition and transmission of respirable particulates. The main research in this paper is as follows: 1. Research on Wireless Communication Technology and Adaptive algorithm of Particle concentration acquisition and remote Transmission system this system adopts 4G wireless communication technology to study the network architecture and network protocol stack architecture of LET. The user surface and control surface protocol stack are studied, and three adaptive filtering algorithms, LMS NLMS and RLS, are studied in detail. Three adaptive filtering algorithms are compared by MATLAB simulation. The results show that the RLS filtering algorithm is the best to remove noise. 2. The whole structure design and hardware design of the particle concentration collection and remote transmission system based on ARM this subject is based on the design requirements of the particle concentration collection and remote transmission system. A whole structure of particle concentration acquisition and remote transmission system is proposed, and the hardware structure based on S3C2440A microprocessor is built according to the overall structure of the proposed system. S3C2440A includes its peripheral circuit, interface circuit, power supply module, acquisition module, 4G wireless communication module and Ar / D module. At the same time, according to the PCB plate-making principle. Finish the concentration acquisition and remote transmission system control circuit PCB. Third, the software design of the particle concentration acquisition and remote transmission system based on the hardware analysis and design of the particle collection and remote transmission system. In the development environment of Keil 渭 Vision5, using C language programming, the software design of the concentration collection and remote transmission system of particulate matter is completed, including: the construction of embedded Linux system. Application program and driver design, and in the software to collect the concentration of particulate matter and remote transmission system modularization debugging. At the same time, the system using C / S architecture to design the upper computer. 4. The test and analysis of the particle acquisition and remote transmission system after the completion of the hardware and software design of the particle acquisition and remote transmission system, the system is tested. The test items mainly include communication function test and data acquisition test. The test results show that the 4G wireless network communication quality is strong, the download speed is fast, the data collected by the acquisition module is accurate and so on. And the whole system is small and light, low power consumption, easy to install and so on.
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP274;TN929.5
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,本文编号:1401615
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