基于Arm-Linux嵌入式植物生长环境监控系统实现

发布时间：2017-06-28 05:07

  本文关键词：基于Arm-Linux嵌入式植物生长环境监控系统实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：伴随信息技术和物联网技术的不断发展,各行各业均产生了翻天覆地的变化。在农业领域,信息技术应用于农业生产、农业管理、农业经营和农业服务,采集来自于农田、温室、园林等各个环境信息。结合我国农业实际情况,本文选取了具有高性价比的ARM芯片,辅之以开源且免费的嵌入式操作系统。设计了一种采用基于微处理器ARM9架构的嵌入式系统,结合图像、温湿度传感器及有线网络,用于对植物生长环境进行监控。为后续科学化的施肥、施药、信息预警和科学管理、决策提供技术支持。本文首先根据当前形势和背景说明环境信息监控系统在农业方面的应用,阐述了开发相关产品的必要性。分析国内外环境监控技术的发展现状,结合我国自身国情,提出了使用以ARM9架构的微处理器为核心的控制平台与嵌入式Linux系统平台,利用传感器技术与网络技术构建一个远程植物环境监控系统。然后,根据功能需求搭建系统硬件平台。嵌入式控制芯片使用三星公司的s3c2440,并结合相关外围电路,来作为系统的控制和服务中心;选用DHT11数字温湿度传感器来对环境温湿度进行采集;使用中星微ZC0301摄像头来对图像进行采集;远程监控使用B/S架构,依靠PC端浏览器进行信息监控。在制定总体方案之后,对硬件平台各个模块进行了详细介绍。在完成系统硬件平台的搭建之后,开始软件平台的设计,将采用自下而上的思想,以底层平台的构建为开始,介绍实现原理和开发过程。其中系统软件设计分为两部分:操作系统平台的搭建及应用程序的开发。先进行操作系统平台的搭建,包括:建立交叉编译环境,用以生成适用于本平台的可执行文件;移植BootLoader程序,用以引导操作系统的运行;配置,移植linux内核,用以提供服务给底层可编程部件,并提供运行环境给上层应用程序;使用Busy Box1.6工具制作了基于NAND Flash的JFFS2文件系统,用以对存储设备上的数据进行组织和管理。操作系统平台搭建完成之后,实现对信息的采集工作,通过编写并加载设备驱动及开发信息采集应用程序来完成。本文根据DHT11芯片的工作流程,设计驱动程序,编译完成后加载入内核;给操作系统植入usb驱动补丁,之后对内核重新配置,编译生成新的内核,增添了对usb摄像头驱动的支持;移植sqlite数据库,并建立温湿度历史记录表;在图像采集的过程中使用了Linux操作系统提供的v4l编程接口,根据采集图像流程设计图像采集程序;根据温湿度采集流程编写数据采集程序。接下来,利用嵌入式web监控技术实现远程监控。包括:在已搭建完成的系统平台上移植嵌入式WEB服务器,用以接受客户机的请求,给客户机提供可以浏览的网页;编写CGI程序,用以对环境温湿度信息进行实时监控;使用JAVA语言编写浏览器客户端JAVA Applet小程序,用于对采集到的图像进行动态播放;最后使用html语言制作网页客户端,作为展示界面,包括系统主界面,温湿度历史记录显示界面,实时视频播放界面。之后,实现嵌入式服务器程序。主要使用网络套接字、多线程技术创建数据采集线程和处理客户端请求。为提高系统响应速度及减小系统开销,使用了线程池技术来进行线程的管理,当线程池的处理能力不足时,利用动态调整思想对线程池内线程数量进行调整,增强了系统稳定性。最后,对软硬件平台搭建及资源部署完成后的系统进行测试。实验测试结果表明,系统能够及时准确采集环境温湿度及图像信息,并具有远程动态展示功能,为后续功能扩展与完善奠定了基础。
【关键词】：嵌入式系统 温湿度传感器 图像采集 web远程监控
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S126;TP277;TP316.81
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-13
• 1.1 课题背景和意义10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究概况10-11
• 1.2.2 国内研究概况11-12
• 1.3 主要研究内容12-13
• 第2章 系统总体方案及硬件平台介绍13-24
• 2.1 功能需求分析13
• 2.2 系统方案总体设计13-15
• 2.3 硬件平台介绍15-24
• 2.3.1 目标板设计15-21
• 2.3.2 摄像头的选取21-22
• 2.3.3 温湿度传感器22-24
• 第3章 系统软件平台设计24-41
• 3.1 嵌入式系统的组成24-25
• 3.2 交叉编译环境的建立25-26
• 3.3 自举程序开发和移植26-31
• 3.3.1 Bootloader介绍26
• 3.3.2 Bootloader启动过程分析26-27
• 3.3.3 U-Boot介绍27
• 3.3.4 U-Boot详细配置和移植27-31
• 3.4 Linux内核的定制和移植31-36
• 3.4.1 Linux内核概述31-32
• 3.4.2 Linux内核构成和结构32
• 3.4.3 Linux内核定制和移植32-36
• 3.5 根文件系统的制作36-41
• 3.5.1 根文件系统概述36
• 3.5.2 常见的文件系统类型36-37
• 3.5.3 Busybox工具包介绍和配置37-38
• 3.5.4 根文件系统制作与移植38-41
• 第4章 驱动设计和数据采集程序开发41-53
• 4.1 嵌入式Linux驱动开发41-45
• 4.1.1 Linux设备驱动41
• 4.1.2 温湿度传感器驱动设计41-44
• 4.1.3 摄像头驱动移植44-45
• 4.2 系统数据库设计45-46
• 4.2.1 嵌入式数据库介绍45
• 4.2.2 嵌入式开发对数据库的需求45-46
• 4.2.3 SQLite数据库建立46
• 4.3 视频采集程序的设计46-51
• 4.3.1 Linux中V4L2的简介46-49
• 4.3.2 图像采集的实现49-50
• 4.3.3 模块功能设计50
• 4.3.4 采集线程与客户端的交互50-51
• 4.4 温湿度采集程序的设计51-53
• 第5章 嵌入式WEB监控的实现53-62
• 5.1 嵌入式WEB监控技术53-54
• 5.1.1 C/S(Client/Server)模式53
• 5.1.2 B/S(Browser/Server)模式53-54
• 5.1.3 基于B/S结构的WEB远程监控系统54
• 5.2 嵌入式WEB服务器移植54-55
• 5.2.1 WEB设备监控模型54
• 5.2.2 WEB服务器选择54
• 5.2.3 Boa服务器的移植54-55
• 5.3 CGI网页交互程序设计55-57
• 5.3.1 CGI技术概述55-56
• 5.3.2 CGI程序工作过程56
• 5.3.3 CGI网页交互程序设计56-57
• 5.4 使用Java显示视频57-59
• 5.4.1 Java进行视频动态显示的原理57
• 5.4.2 基于Java的视频接收程序57-59
• 5.5 网页客户端设计59-62
• 5.5.1 HTTP协议介绍59
• 5.5.2 HTML网页客户端的设计59-62
• 第6章 服务器程序实现及系统测试62-72
• 6.1 客户端与服务器的通信实现62-65
• 6.1.1 套接字socket介绍62-63
• 6.1.2 服务器端使用socket建立通信63-65
• 6.2 终端服务器的实现65-69
• 6.2.1 多线程机制65
• 6.2.2 线程池介绍65-66
• 6.2.3 线程池动态调整66-67
• 6.2.4 服务器端程序设计67-69
• 6.3 系统测试69-72
• 6.3.1 建立测试环境69
• 6.3.2 测试步骤69-70
• 6.3.3 视频监控测试70
• 6.3.4 温湿度监控测试70-72
• 结论72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-76
• 攻读学位期间取得学术成果76

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本文编号：492598