工业环境监控的RFID及WSN异构型网络关键技术

论文总字数：28333字

摘 要

近年来，随着物联网领域的飞速成长进步，其重要的构成部分无线传感器网络技术与RFID技术也渐渐走入了人们的实现。本课题研究的主要内容为无线传感器网络与RFID形成的异构型网络节点的关键技术，以及它们在工业环境监控中的应用。本文主要包括了如下的几个方面：

通过对工业环境监控领域发展情况的分析，阐述无线传感器网络及RFID在现代工业环境监控中的优越性。研究工业环境监控系统基站的软件及硬件解决方案，并对其中涉及到的关键技术进行较为详细的表述。

根据工业环境监控系统的需求分析，设计以AT91RM9200为核心的工业环境监控基站系统以及为其配备射频处理模块，并完成了一系列设计方案的可行性测试。

对嵌入式Linux 的内核做了较为细致的研究，涵盖了BootLoader和内核的移植。此外，本文中也比较详尽的论述了针对无线传感器网络开发的TinyOS操作系统的特征以及其特殊的编程语言。

本次课题提出的工业环境监控方案，在网络布置时，可以任意增加或减少传感器节点而不需要对基站软硬件设计进行大的改变，方便高效，节约成本，可以满足用户的需求。

关键词：无线传感器网络，射频识别，基站，异构网络，工业环境监控，嵌入式Linux

Key Technology of RFID and WSN Heterogeneous Network Base Station of Industrial Environmental Monitoring

Abstract

In recent years, with the rapid growth and progress in the field of IOT, an important component of wireless sensor networks and RFID technology gradually into the people's realization. The main content of the research for the heterogeneous network nodes in wireless sensor networks and RFID formation of key technologies and their application in an industrial environment monitoring. This paper includes the following aspects:

Through analysis of developments in the field of industrial environmental monitoring to explain the advantages of RFID and wireless sensor networks in the modern industrial environment monitoring. Reseach in software and Hardware on Industrial Environmental Monitoring System base station solutions, and involving the key technology more detailed presentation.

According to the needs analysis of industrial environmental monitoring system, we designed to use AT91RM9200 as the core of industrial environmental monitoring system base station, and equipping it with RF module, and completed a series of feasibility test for the solution.

We have done a reseach on embedded Linux kernel, including BootLoader and kernel porting. In addition, the paper also discusses the development of wireless sensor networks TinyOS operating system characteristics and its special programming language in detail.

In this issue, we raised a solution for industrial environmental monitoring. When we arrange the networks, the sensor nodes can be arbitrarily increased or decreased for the base station without greatly changing the hardware and software design. It’s convenient and low cost, and it can meet the needs of the users.

KEY WORDS: Wireless Senor Networks, Radio Frequency Identification, Base-station, Heterogeneous Network, Industrial Environmental Monitoring, Embeded Linux

目 录

摘 要 I

abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究及应用现状 2

第二章 工业环境监控基站的整体解决方案 4

2.1 工业环境监控基站的需求分析及整体架构 4

2.2 工业环境监控基站的整体方案设计 5

第三章 工业环境监控基站的硬件设计 6

3.1 工业环境监控基站核心板的硬件设计 6

3.1.1 基站核心板的中央处理器 6

3.1.2 基站核心板的存储系统 7

3.1.3 基站核心板的USB主机接口 8

3.1.4 基站核心板的RS-232通信接口 8

3.1.5 基站核心板的电源模块 9

3.2 工业环境监控基站射频处理模块的硬件设计 10

3.2.1 基站射频处理模块的控制器 10

3.2.2 基站射频处理模块的射频芯片 11

第四章 工业环境监控基站的软件平台 13

4.1 工业环境监控基站软件平台概述 13

4.2 嵌入式Linux操作系统 13

4.3 ARM-Linux交叉编译环境的搭建 14

4.4 基站核心板Linux 操作系统的搭建 15

4.4.1 BootLoader 的烧写监控系统基站核心板的硬件设计 15

4.4.2 Linux 系统内核的编译与烧写 17

4.4.3 Linux 系统内核的根文件系统的烧写 18

4.5 TinyOS操作系统 18

4.6 TinyOS 开发环境的搭建 20

第五章 工业环境监控基站的软件设计 21

5.1工业环境监控基站串口通信软件设计 21

5.2无线射频处理模块的软件设计 21

第六章 工业环境监控基站的测试 24

6.1工业环境监控基站的测试实验 24

6.2工业环境监控基站的核心板测试 24

6.2.1 基站核心板以太网接口测试 25

6.2.2 基站核心板USB HOST测试 26

6.2.3 基站核心板的 RS-232串口测试 26

6.3 射频处理模块测试 27

第七章 总结与展望 28

7.1 全文小结 28

7.2 设计改进 28

致 谢 30

参考文献 31

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

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