基于物联网的嵌入式森林资源采集系统研究

发布时间：2017-08-23 20:07

  本文关键词：基于物联网的嵌入式森林资源采集系统研究

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【摘要】：森林环境复杂,范围广,且具有很大的不确定性,而森林资源信息是林业规划、决策的主要依据。目前森林资源采集所需监测节点较多,同时采集数据量较大。基于物联网的嵌入式森林资源采集系统提供了全新的模式,其将大量的传感器节点布置在森林区域中,这些节点通过Zigbee无线传感网络自动组网,从而实现森林资源信息的自动采集、传输处理。本文围绕基于物联网的嵌入式森林资源采集系统的研究与实现进行以下几方面工作:1.在对森林资源采集系统功能需求进行分析的基础上结合节点能耗、信号强度以及传输距离,提出了森林资源采集系统的总体设计方案及林区节点布置方案,根据系统总体架构、工作原理及低功耗、实时性、可靠性要求,对基于OMAP3730的嵌入式移动终端及GPS模块、4G传输模块的硬件进行介绍,详细讨论了森林资源采集系统中Zigbee无线传感网络的协调器节点与传感器节点的硬件选型及电路设计,完成了基于CC2530的硬件电路及基于MPPT算法的太阳能充电模块电路设计。2.软件方面基于对无线传感网络的结构及组网模式的分析完成Zigbee无线传感网络软件开发,包括基于Z-Stack协议栈的协调器节点应用程序设计及周期性间歇采集的传感器节点应用程序设计,因为环境参数变化的延迟性及为延长传感器节点的使用寿命,所以采用周期性定时采集数据方式。同时完成协调器模块与嵌入式终端的串口通讯程序,构建Linux交叉编译环境之后进行系统移植,并通过Qt Creator搭建人机交互界面,采用多线程调度方式完成数据的采集、GPS定位及4G传输程序开发。3.通过实验对系统的无线组网及数据采集与传输进行测试,经测试,验证了该森林资源采集系统的可行性。通过多次的实验以及联合调试,本系统硬件部分与软件部分都能正常运行,硬件集成度高,功能齐全,软件部分的实时性和交互性能够满足需求,界面丰富美观,很好的完成了预期设计,有效地解决了以往资源采集中数据格式单一、数据调查重复以及劳动强度较大等问题,大大提高了资源采集的工作效率,实现了资源采集的数字化。
【关键词】：森林资源 嵌入式 Zigbee 数据采集 Qt Creator
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2;TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 前言9-12
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 国外研究现状10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.3 论文主要研究内容11-12
• 第二章 基于物联网的嵌入式森林资源采集系统总体设计12-20
• 2.1 系统需求分析12
• 2.2 系统可行性分析12-13
• 2.3 采集系统总体结构设计13-14
• 2.4 系统的技术选择14-19
• 2.4.1 嵌入式操作系统简介及选择依据14-16
• 2.4.2 无线自组网技术简介及选择依据16-17
• 2.4.3 无线传感网络的组网方案17-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第三章 森林资源采集系统硬件设计20-35
• 3.1 嵌入式处理器选择20-23
• 3.1.1 选型依据20-21
• 3.1.2 OMAP3730开发 板简介21-23
• 3.2 Zigbee网络微处理器的选型与电路设计23-24
• 3.2.1 CC2530芯片 选型依据及简介23-24
• 3.2.2 CC2530外 围电路设计24
• 3.3 协调器模块功能分析与电路设计24-26
• 3.3.1 协调器节点功能分析24-25
• 3.3.2 协调器节点电路设计25-26
• 3.4 传感器节点功能分析与电路设计26-29
• 3.4.1 传感器节点功能分析26
• 3.4.2 传感器选取及电路设计26-29
• 3.5 太阳能充电模块29-33
• 3.5.1 单片机外围电路30
• 3.5.2 DC/DC变 换电路30-31
• 3.5.3 信号采集处理电路31-32
• 3.5.4 场效应管驱动电路32-33
• 3.6 GPS模块33-34
• 3.7 4G无线通信模块34
• 3.8 各模块与嵌入式处理器接口设计34
• 3.9 本章小结34-35
• 第四章 森林资源采集系统软件设计35-64
• 4.1 系统总体软件框架35-36
• 4.2 嵌入式采集系统软件设计36-46
• 4.2.1 嵌入式linux操作系统交叉编译环境构建36
• 4.2.2 Linux系统移植36-38
• 4.2.3 多线程创建及调度38-42
• 4.2.3.1 主线程39-40
• 4.2.3.2 串口通讯线程40-41
• 4.2.3.3 GPS定位线程41
• 4.2.3.4 4G无线传输线程41-42
• 4.2.4 系统软件界面设计42-46
• 4.2.4.1QT Creator环境介绍42
• 4.2.4.2“信号与槽”机制42-43
• 4.2.4.3 界面设计43-46
• 4.3 Zigbee无线传感网络软件设计46-61
• 4.3.1 集成开发环境介绍46
• 4.3.2 Zigbee 通信协议46-48
• 4.3.2.1 Z-Stack协议简介46-47
• 4.3.2.2 Z-Stack协议栈简介47-48
• 4.3.3 Zigbee自动组网实现48-52
• 4.3.4 Zigbee节点的 软件开发流程52
• 4.3.5 协调器节点软件设计52-55
• 4.3.6 传感器节点软件设计55-61
• 4.4 太阳能充电模块软件设计61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 调试结果与分析64-68
• 5.1 实验室调试64-65
• 5.2 现场测试65-66
• 5.3 太阳能充电模块仿真调试66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 总结68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-73
• 作者在攻读硕士期间的科研成果73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：727034