基于Python的农业物联网网关软件中间件的研究与应用

摘要

随着物联网的兴起和发展,市场对物联网网关M2M(Machine to Machine)的需求也迅速增加。但是较高的总体应用成本,特别是较高的开发和维护成本,已经影响到物联网网关大范围的推广和应用。在这个背景下,设计能够简化物联网应用开发的物联网网关软件中间件就成为一个有经济价值的研究课题。
　　本文以智能农业大棚物联网网关应用为背景,以成熟的嵌入式x86M2M硬件产品为开发平台,设计并实现了基于脚本语言Python的农业物联网软件中间件。最后,应用该软件中间件来快速地实现了集成农业大棚温度采集控制和远程应用部署功能的智能农业大棚演示系统。
　　论文主要开展以下工作:
　　(1)完成基于Python的农业物联网软件中间件的系统架构设计以及对网关硬件进行选型分析;
　　(2)设计并实现软件中间件,包括:基于Intel处理器的H.264硬件视频编码加速库的数字录像机模块、支持可自定义侦测范围的侵入检测模块、基于Digi Zigbee模块的温度采集模块、基于iDigi物联网云的数据存储模块、网络通道管理模块、GSM短消息的报警模块、继电器输出控制模块、基于AES加密和MD5消息摘要算法的物联网网关Python应用程序远程部署模块;
　　(3)设计并实现物联网网关软件中间件的测试验证程序,包括:具有温度采集上传控制功能、防盗功能、支持安全部署的网关程序、用于远程查看温度和报警记录以及参数设置的客户端应用程序、Python应用程序远程安全部署客户端。
　　通过智能农业大棚系统的实际项目的应用验证了采用农业物联网软件中间件可进行快速和容易的开发、部署和维护。农业大棚温度采集控制系统目前已经成功应用于物联网网关产品的推广演示中,收到了很好的推广效果。

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1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4论文的关键技术

1.5论文取得的成果

1.6创新点

1.7论文结构

2 系统架构设计

2.1系统需求分析

2.2总体架构

2.3硬件架构

2.4软件架构

2.5软件中间件模块定义

2.6本章小结

3 硬件平台的选型和软件库的安装与配置

3.1硬件平台的选型

3.2软件库的安装和配置

3.3本章小结

4 农业物联网网关软件中间件的设计与实现

4.1基于E6xx硬件视频编码加速库的视频录像模块设计与实现

4.2可自定义侦测范围的侵入检测模块的设计与实现

4.3 Zigbee温度采集模块的设计与实现

4.4 GSM短消息模块设计与实现

4.5网络通道管理模块设计与实现

4.6继电器控制输出模块设计与实现

4.7基于iDigi物联网云的数据存储模块设计与实现

4.8基于iDigi的远程Python应用程序安全部署模块设计与实现

4.9本章小结

5 农业物联网网关软件中间件的测试与验证

5.1测试系统的总体架构设计

5.2农业大棚温度控制系统的网关程序设计

5.3客户端应用程序设计与实现

5.4部署应用程序设计与实现

5.5测试过程与结果

5.6基于软件中间件的应用开发模式优势分析

5.7测试与验证的结论

5.8本章小结

6 结论

6.1工作总结

6.2未来工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的学术论文