基于嵌入式的物联网控制节点的关键技术研究

摘要

物联网的发展极大地提高了人类生产生活各领域的活动。我国是一个农业大国，尤其是水稻种植在农业生产中占据较大比重，水稻病虫害对水稻作物的生产会造成严重威胁，水稻作物病害虫防治凸显其重要性。物联网技术实现水稻生长监测有十分深远的意义。本文利用嵌入式物联网技术建立了一套能实时对水稻生长图像进行监测的无线网络。
　　 本文主要完成以下工作:
　　 (1)设计了一种自动田间赶蛾装置;
　　 (2)研究了静态图像帧压缩编解码机制，提出了一种经典LZW压缩算法的改进算法和适合本课题需求的混合压缩算法;
　　 (3)研究了短距离无线通信、GSM、GPRS等几种无线通信方式，并通过分析确定了一种适合本项目的水稻监测无线通信方案。建立了一套基于嵌入式物联网技术的水稻生长实时监测网络，设计了监测网络控制节点软硬件系统。
　　 经测试，本文设计的物联网监测网络实现了对水稻生长情况进行实时远程图像监测，监测网络控制节点实现了对水稻生长图像的采集传输，本文提出的混合无损压缩算法有效地减少了网络传输的数据量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．1．1 课题背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国外研究现状及发展趋势

1．2．2 国内研究现状及发展趋势

1．2．3 研究存在的问题

1．3 课题研究目的和主要内容

1．4 论文章节安排

第二章 监测网络总体设计

2．1 无线通信网络技术研究

2．1．1 GSM技术

2．1．2 GPRS技术

2．1．3 CDMA技术

2．1．4 通信网选择

2．2 嵌入式及ARM技术

2．3 监测网络总框架设计

2．4 田间赶蛾装置设计

第三章 监测网络控制节点压缩算法的研究及实现

3．1 数据压缩理论基础

3．1．1 信息论基础

3．1．2 数据冗余性

3．1．3 数据冗余度

3．1．4 图像压缩原理

3．2 基于统计模型的无损压缩算法

3．2．1 霍夫曼编码

3．2．2 游程编码

3．2．3 算术编码

3．3 基于字典模型的无损压缩算法

3．3．1 字典编码技术

3．3．2 LZW编码的建模及实现

3．3．3 LZW解压算法

3．4 LZW算法改进

3．5 监测网络控制节点无损压缩算法设计

3．5．1 游程压缩算法设计

3．5．2 变长码LZW编码实现

3．6 算法测试结果

第四章 监测网络控制节点硬件设计

4．1 监测网络控制节点整体架构设计

4．2 存储器模块设计

4．3 图像传感器模块设计

4．4 GPRS收发模块

第五章 监测网络控制节点软件系统设计

5．1 监测网络控制节点软件架构设计

5．2 Bootloader移植

5．3 嵌入式Linux内核移植

5．3．1 Linux2．6内核技术

5．3．2 监测网络控制节点Linux内核移植

5．4 SCCB时序设计

5．5 图像传感器驱动设计

5．5．1 V4L2驱动技术

5．5．2 监测网络控制节点图像采集程序设计

5．6 监测网络图像传输程序设计

5．6．1 GPRS模块初始化

5．6．2 GPRS模块图像传输设计

5．7 本章小结

第六章 系统测试

6．1 监测中心设计

6．2 传输性能测试

第七章 结论与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果