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基于无线多媒体传感器网络的作物环境与长势远程监测系统

作　者: 吴滔
导　师: 刘燕德
学　校: 华东交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 无线多媒体传感器网络作物生长信息嵌入式系统远程监控
分类号: S126
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着传感技术、机器视觉技术、通讯技术的迅猛发展，无线传感器网络和多媒体数据融合越来越广泛的应用在现代设施农业和精准农业的之中，并渐渐成为一门崭新学科和农业信息化的研究热点。论文在前人的研究基础上，对作物生产全过程进行物理环境量，长势图片信息和视频信息的远程监测。系统以文本、图像、视频为载体，实时反映作物的生长状况、肥水需求、病虫害预测等农事信息，以便采取对应的生产管理决策，本文的主要研究内容和结果如下：（1）根据作物生产环境中数据采集、信号处理、数据存储和传输的实际情况，结合本项目对温湿度、光照强度、图片、视频信息采集的要求，详细比较各种实施方案优劣的基础上，提出了一种基于Hi3512芯片的作物生产过程多源信息采集器设计方案。（2）以多种传感器(温湿度、光照强度等)节点经ZigBee组网，由RS232实现PAN协调器（汇聚节点）和多源信息采集系统之间通信。摄像头采集的视频信号由CVBS接口传至多源信息采集系统，在Hi3512芯片上实现H.264视频压缩处理。（3）远程监测系统将汇总的各个采集点的温湿度信息、光照信息及压缩后的视频码流经3G模块发送到作物生产监控中心，最后完成整个系统的焊接和测试。系统硬件设计包括：Hi3512和CC2430芯片外围电路设计、PCI插槽、SATA接口、ETH接口、JTAG仿真接口、串口等设计。软件部分设计包括：系统开发环境建立，U-boot移植和烧写、Linux内核移植、根文件系统制作、各功能模块设备驱动程序移植或设计。（4）对作物环境和长势信息监测系统进行了综合调试并在国家农业信息化工程技术研究中心的4个温室大棚中进行实地应用，完成了多传感器多点的ZigBee组网，实现了多媒体数据采集、视频编解码和3G传输等功能。论文研究表明：系统采集到的物理环境信息、图像、视频信息能都能够满足作物监测的需要，具有很大的实用价值，为下一步深入研究奠定了坚实基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
主要符号说明  7-8
第一章绪论  8-13
  1.1 目的和意义  8-9
  1.2 多源信息感知在农业中的研究现状  9-12
    1.2.1 国外研究进展  9-10
    1.2.2 国内研究进展  10-12
  1.3 本课题研究的主要内容和重点  12-13
第二章多源采集器系统方案设计  13-22
  2.1 基于 Hi3512 芯片的系统开发平台  13-16
  2.2 基于 ZigBee 技术的无线传感器感知平台  16-18
  2.3 多源信息采集器系统功能需求与关键技术介绍  18-22
    2.3.1 系统功能需求  18
    2.3.2 关键设备与技术方案选择  18-22
第三章作物多源信息采集器硬件系统  22-41
  3.1 视频信息采集系统硬件设计  22-35
    3.1.1 系统电源模块与复位模块  22-25
    3.1.2 视频前端编码模块  25-27
    3.1.3 视频 H.264 压缩模块  27
    3.1.4 视频后端解码模块  27-28
    3.1.5 DDR SDRAM 与 FLASH 存储器模块  28-31
    3.1.6 常见接口电路设计  31-35
  3.2 环境信息感知网络硬件设计  35-39
    3.2.1 无线通讯模块外围电路  37
    3.2.2 传感器节点构架  37-39
  3.3 系统硬件 PCB 设计  39-41
    3.3.1 PCB 设计流程  39-40
    3.3.2 本系统 PCB 布局、布线过程中的注意事项  40-41
第四章作物多源信息采集器软件系统  41-57
  4.1 开发环境建立  41-42
    4.1.1 嵌入式开发环境  41
    4.1.2 Linux 开发环境及构建  41
    4.1.3 安装 Hi3512 SDK  41-42
  4.2 U-boot 移植和烧写  42-44
    4.2.1 U-boot 移植  42-43
    4.2.2 U-boot 烧写  43-44
  4.3 Linux 内核  44
  4.4 根文件系统  44-46
  4.5 视频处理模块  46-49
    4.5.1 视频输入  46-47
    4.5.2 视频压缩  47-49
    4.5.3 视频发送  49
  4.6 3G 网络通信模块  49-51
    4.6.1 Linux 下 USB 驱动  49-50
    4.6.2 无线模块驱动程序移植  50-51
  4.7 无线传感器模块  51-57
    4.7.1 ZigBee 组网  51-53
    4.7.2 SHT71 温湿度传感器  53-55
    4.7.3 BH1750 光照强度传感器  55-57
第五章系统控制及田间实验测试  57-61
  5.1 系统控制  57-58
  5.2 田间实验测试  58-61
第六章总结与展望  61-62
  6.1 主要工作回顾  61
  6.2 本课题今后需进一步研究的地方  61-62
参考文献  62-65
附录 A 采集系统硬件平台  65
附录 B 传感器节点 PCB 及实物图  65-66
个人简历在读期间发表的学术论文  66-67
致谢  67

基于无线多媒体传感器网络的作物环境与长势远程监测系统

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