数字展览馆终端测控系统的设计与实现

摘要

伴随着信息科技的进步与发展，不断涌现的科技成果正日益改善着人们的生活环境。在这个数字信息化浪潮中，对保存人类文明成果、陈列人类智慧结晶的展览馆进行数字化也不可避免，利用先进的信息技术来改造、建设展览馆的任务已迫在眉睫。展馆内的文物、典藏、标本等对于周围环境参数都有较高要求，为此本文设计了一种基于以太网的终端测控系统，用以监测展馆内各展台内部温度、湿度以及展台橱窗的开闭状态、展馆参观人数等参数，可起到一台终端设备监控全部展台的作用，从而方便展馆管理人员实时对全馆状态进行测控管理。
　　本系统基于嵌入式Android平台，集多种数据采集、以太网传输、终端展示、数据存储与共享、终端控制等功能于一体，利用测温模块、测湿模块、继电器模块采集展台状态数据，依据展馆的结构和展台的分布特点采用分布式结构，以有线RS485通信的方式将数据上传给终端测控分机;终端测控分机上的应用程序对所测数据进行整理、分析、显示，多个终端测控分机利用TCP/IP(TransmissionControl Protocol/Internet Protocol)协议将汇总的数据经以太网传送给终端测控主机;终端测控主机通过设计的Android应用程序实现数据的分析、展示、报警、存储功能，帮助展馆管理人员根据所测数据判断、操控下游设备（包括打开或者关闭某展台橱窗、关闭某个终控分机等），并通过对异常数据的报警以及故障设备的远程检测帮助展馆管理人员做到准确定位故障源，给故障排查工作带来了便捷。此外，终端测控主机端还配备有人流量检测模块及对应APP软件，实现对展馆每日参观人数的统计、存储;终端测控主机上还预留有Wi-Fi模块接口，以此实现本系统与互联网的对接，完成数据的共享。
　　本文完成了以下主要工作:
　　1、搭建测控系统硬件平台，设计制作各个数据采集模块所需的电路板，并编写相关代码完成调试工作。通过对这些数据采集设备进行编号，终端测控主机可据此进行数据定位、追踪，进而实现对展台状态参数的解析及故障设备的排查。
　　2、搭建嵌入式Android软硬件开发环境，完成终端测控主机、分机端RS485模块驱动的编写。本系统配备有Android系统测控终端，可脱离笨重的上位机进行数据的采集、显示、存储及远程操控工作，从而大大降低系统费用成本。
　　3、设计数据采集设备与终端测控分机之间的数据交换格式，建立以太网传输网络，在此局域网之中利用TCP/IP协议实现终端测控分机与终端测控主机之间的点对点通信。
　　4、开发了终端测控主机和终端测控分机的客户端软件，用以人机交互，实现温度、湿度、橱窗状态、人流量等数据的展示、分析、异常报警、存储。终端测控主机具备设置特定环境参数报警值、异常设备检测、远程打开或关闭展台橱窗、关闭终端测控分机的功能。将可功能定制的通用嵌入式Android平台、功能丰富的移动客户端软件应用于本测控系统，能轻松实现与其他系统之间的无缝对接，完成数据的共享。
　　5、对系统功能进行测试，并在数据传输方式及数据后续管理等方面提出改进和优化思路，有利于进一步提升系统的可靠性和灵活性。
　　本文设计的数字展览馆终端测控系统为用户提供了一个简洁、直观、多样化的展馆状态监控途径，提升了人机交互体验，进一步提高了展馆监控工作的效率和准确性，解放了更多的人力资源。本测控系统不仅可用于展馆这一情景，对于具有类似功能需求的场所，可通过更换传感器模块快速扩展应用，具有潜在的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 数字展览馆研究现状

1．3 本文研究内容与章节安排

1．3．1 研究内容

1．3．2 本文章节安排

第二章 终端测控系统关键技术

2．1 嵌入式Android概述

2．1．1 嵌入式系统

2．1．2 Android操作系统

2．1．3 Android系统架构

2．2 Android系统移植

2．2．1 Android移植概述

2．2．2 Android系统的编译与烧写

2．3 Android驱动程序

2．3．1 Linux驱动

2．3．2 Android驱动编写

2．4 Android应用开发环境搭建

2．5 以太网通信

2．5．1 以太网

2．5．2 以太网交换机

2．5．3 TCP／IP协议

第三章 终端测控系统总体方案设计

3．1 终端测控系统需求分析

3．2 终端测控系统设计思路

3．3 数据采集设备

3．3．1 温度检测模块

3．3．2 湿度检测模块

3．3．3 继电器模块

3．3．4 人流量检测模块

3．3．5 RS485模块

3．4 终端测控主机与终端测控分机

3．4．1 硬件平台搭建

3．4．2 主要功能模块

3．4．3 设定固定IP

第四章 终端测控系统功能模块设计

4．1 数据采集设备功能设计

4．1．1 数据的获取

4．1．2 数据传输格式

4．2 终端测控分机功能设计

4．2．1 功能概述

4．2．2 终控分机APP--DigitalExhS_v1．0

4．3 终端测控分机RS485驱动设计

4．3．1 编写Linux驱动

4．3．2 JNI概述

4．3．3 制作．so动态库

4．4 终端测控分机一键关机功能设计

4．4．1 功能概述

4．4．2 功能实现

4．5 终端测控主机功能设计

4．5．1 功能概述

4．5．2 终控主机APP--DigitalExhC_v1．0

4．6 终端测控主机与分机局域网通信

4．6．1 套接字

4．6．2 C／S架构通信

4．6．3 线程间通信

4．7 异常报警模块设计

4．7．1 异常数据的处理

4．7．2 异常追踪

4．8 历史数据查询模块

4．9 人流量统计功能

4．10 数据共享

第五章 系统测试与分析

5．1 系统测试

5．1．1 系统搭建

5．1．2 数据采集设备测试

5．1．3 终控分机测试

5．1．4 终控主机测试

5．2 测试结果分析

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢