基于Tiny6410的物联网多源信息终端.docx
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基于Tiny6410的物联网多源信息终端
毕业论文(设计)
论文(设计)题目:
基于Tiny6410的物联网多源信息终端
系别:
物理与电子工程系
专业:
电子信息工程
学号:
姓名:
指导教师:
时间:
2013年06月
目录
摘要1
关键词1
绪论1
1物联网的发展状况2
1.1物联网的发展前景2
1.2物联网的发展方向3
1.3研究物联网的意义4
1.4研究物联网的内容5
2系统硬件描述5
2.1系统主控模块5
2.2DM9000AEP模块7
2.3WI-FI模块8
2.4ADF7020RFID模块9
3Linux开发环境的建立及熟悉过程10
3.1虚拟环境的搭建10
3.1安装编译软件工具11
3.3引导程序BOOTLOADER的配置和编译13
3.4系统内核的配置和编译13
3.5系统映像文件的制作14
4应用程序的编写15
5网页软件的编写16
6系统运行过程及结果16
6.1系统运行的过程17
6.2系统运行结果的记录17
结束语18
参考文献18
Abstract19
Keywords20
致谢20
基于Tiny6410的物联网多源信息终端
电子信息工程专业陈家永指导教师:
刘迪
[摘要]为了弥补市场上的物联网信息终端单一路径传输不稳定的缺陷,实现信息终端的多源传输。
本系统是基于Tiny6410的物联网多源信息终端,以Tiny6410板子为核心系统,Linux操作系统为开发平台,涉及web网页设计技术。
其中ADF7020RFID模块完成数据的采集,DM9000AEP模块和WI-FI模块则分别负责对数据的有线与无线传输处理。
本系统基于虚拟机上的linux操作系统对引导程序的配置与编译,内核的配置与编译,文件系统的制作,应用程序的设计等。
系统实现了对DM9000AEP模块读卡的数据收集、对DM9000AEP模块和WI-FI模块的控制与使用。
通过以Tiny6410板子为主控,各个模块的协调配合,把读卡信息显示到网页上。
[关键词]物联网;多源;信息终端
绪论
物联网这个概念,在中国早在1999年就提出来了,当时叫传感网。
其定义是:
通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。
“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上,将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,进行信息交换和通信的一种网络概念。
本系统用了DM9000AEP模块和WI-FI模块进行数据的传输处理,DM9000AEP模块在局域网数据传输上性能稳定,高效安全,是局域网数据处理的首选。
WI-FI面向各种设备,从电脑到手机、到电脑外设,到家电等等,可以方便的和其他设备实现直接连接,传输数据或共享应用。
WI-FI可以支持一对一直连,也可以实现多台设备同时连接,传输速度快,并且WI-FI标准将会支持所有的WI-FI设备,从11a/b/g至11n,不同标准的WI-FI设备之间也可以直接互联。
所以用DM9000AEP和WI-FI模块进行数据传输处理是很好的选择。
本系统以嵌入式系统为核心,嵌入式系统是当前最有发展前途的IT应用领域之一,嵌入式用在一些特定专业设备上,通常这些设备的硬件资源非常有限,并对成本的要求很高。
特别时随着电子产品的智能化,嵌入式显得更加重要。
相对单片机来说,有更好的控制接口,集成了更多的控制模块,控制起来更方便。
还可以加入小系统,加入人机界面。
本系统采用ARM11作为控制核心,处理ADF7020RFID采集的读卡信息,使用DM9000AEP模块和WI-FI模块进行有线和无线传输数据,实现多源传输信息终端,可以很好地满足价格上的要求,实现多源对ADF7020RFID模块的数据读取,远距离刷卡,快捷收集过往车辆信息,有效利用丰富的资源实现对校园车辆的管理。
1物联网的发展状况
1.1物联网的发展前景
物联网是一个由感知层、网络层和应用层共同构成的庞大的社会信息系统,是一个涉及国民经济各行各业、社会与生活各个领域的一个无所不包的庞大的产业链。
物联网的结构复杂,主要包括感知、传输和应用这三个层面。
而感知层,它又是多种技术,包括传感器网络、智能卡、RFID标签、识别码等等。
在网络层是融了三网,无论是通讯网、计算机网还是广电网以及各种专网都可以作为物联网应用传输的载体。
第三是应用的层面,把感知和传输来的信息进行分析和处理。
作出正确的控制和决策,实现智能化的管理、应用和服务。
它实现的是物与物、人与物之间的感知和发挥智能的作用。
当前世界各国的物联网基本上都是出于技术研究与试验阶段,美、日、韩、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网,并启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“U-Japan”、“U-Korea”、“物联网行动计划”等国家性区域战略规划。
2008年全球RFID市场规模已从2007年的49.3亿美元上升到52.9亿美元这个数字覆盖了RFID市场的方方面面,包括标签、阅读器、其他基础设施、软件和服务等。
RFID卡和卡相关基础设施将占市场的57.3%达到30.3亿美元。
来自金融、安防行业的应用将推动RFID卡类市场的增长。
2010年以来,由于经济形势的好转和物联网产业发展等利好因素推动全球RFID市场也持续升温并呈现持续上升趋势,预计2012年市场规模将达到200亿美元。
与此同时RFID的应用领域越来越多,们对RFID产业发展的期待也越来越高。
目前RFID技术正处于迅速成熟的时期,许多国家都将RFID作为一项重要产业予以积极推动。
我国已形成基本齐全的物联网产业体系,部分领域已形成一定市场规模,网络通信相关技术和产业支持能力与国外差距相对较小,传感器、RFID等感知端制造产业、高端软件和集成服务与国外差距相对较大。
仪器仪表、嵌入式系统、软件与集成服务等产业虽已有较大规模,但真正与物联网相关的设备和服务尚在起步。
中国发展物联网的优势在于,我国很早就启动了物联网核心技术——传感网技术的研究,研发水平处于世界前列,在物联网基础设施方面,我国无线通信网络和宽带覆盖率高,为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持,在经济实力上,我国已经成为世界第三大经济体,有较为雄厚的经济实力支持物联网发展,政府政策的强有力扶持引导,为物联网迅速发展创造了有利条件。
我国已形成了较完整的敏感元件与传感器产业,产业规模稳步增长。
我国形成了RFID低频和高频的完整产业链以及以京、沪、粤为主的空间布局,2009年市场规模达到85亿元并成为全球第3大市场。
我国仪器仪表产业连续多年实现20%以上的增长,2009年产值超过5000亿元,企业数量为5000多个,小型企业数量占比达到90%。
物联网被称为是继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮,其应用范围几乎覆盖了各行各业,被誉为下一个万亿元级规模的产业。
目前已被中国正式列为重点战略性新兴产业之一。
物联网固然给世界经济发展构建了一个十分美好的蓝图。
1.2物联网的发展方向
中国物联网产业的发展是以应用为先导,存在着从公共管理和服务市场,到企业,行业应用市场,再到个人家庭市场逐步发展成熟的细分市场递进趋势。
目前,物联网产业在中国还是处于前期的概念导入期和产业链逐步形成阶段,没有成熟的技术标准和完善的技术体系,整体产业处于酝酿阶段。
此前,RFID市场一直期望在物流零售等领域取得突破,但是由于涉及的产业链过长,产业组织过于复杂,交易成本过高,产业规模有限,成本难于降低等问题使得整体市场成长较为缓慢。
物联网概念提出以后面向具有迫切需求的公共管理和服务领域,以政府应用示范项目带动物联网市场的启动将是必要之举。
进而随着公共管理和服务市场应用解决方案的不断成熟、企业集聚、技术的不断整合和提升逐步形成比较完整的物联网产业链,从而将可以带动各行业大型企业的应用市场。
待各个行业的应用逐渐成熟后,带动各项服务的完善、流程的改进,个人应用市场才会随之发展起来。
物联网标准体系是一个渐进发展成熟的过程,将呈现从成熟应用方案提炼形成行业标准,以行业标准带动关键技术标准,逐步演进形成标准体系的趋势。
物联网概念涵盖众多技术、众多行业、众多领域,试图制定一套普适性的统一标准几乎是不可能的。
物联网产业的标准将是一个涵盖面很广的标准体系,将随着市场的逐渐发展而发展和成熟。
在物联网产业发展过程中,单一技术的先进性并不一定保证其标准一定具有活力和生命力,标准的开放性和所面对的市场的大小是其持续下去的关键和核心问题。
随着物联网应用的逐步扩展和市场的成熟,哪一个应用占有的市场份额更大,该应用所衍生出来的相关标准将更有可能成为被广泛接受的事实标准。
随着行业应用的逐渐成熟,新的通用性强的物联网技术平台将出现。
物联网的创新是应用集成性的创新,一个单独的企业是无法完全独立完成一个完整的解决方案的,一个技术成熟、服务完善、产品类型众多、应用界面友好的应用,将是由设备提供商、技术方案商、运营商、服务商协同合作的结果。
随着产业的成熟,支持不同设备接口、不同互联协议、可集成多种服务的共性技术平台将是物联网产业发展成熟的结果。
物联网时代,移动设备、嵌入式设备、互联网服务平台将成为主流。
随着行业应用的逐渐成熟,将会有大的公共平台、共性技术平台出现。
无论终端生产商、网络运营商、软件制造商、系统集成商、应用服务商,都需要在新的一轮竞争中寻找各自的重新定位。
针对物联网领域的商业模式创新将是把技术与人的行为模式充分结合的结果。
物联网将机器人社会的行动都互联在一起,新的商业模式出现将是把物联网相关技术与人的行为模式充分结合的结果。
中国具有领先世界的制造能力和产业基础,具有五千年的悠久文化,中国人具有逻辑理性和艺术灵活性兼具的个性行为特质,物联网领域在中国一定可以产生领先于世界的新的商业模式。
物联网应用软件的开发、测试和数据库系统维护、物联网系统集成、物联网设备维护、运营服务,从事无线传感网络技术的应用,计算机自动识别等相关产品的系统集成,智能识别、检测及过程控制等物联网领域技术人员。
涉及行业:
智能交通、智能家居、智能医疗、智能社区、智能校园、数字化油田、数字化城市等领域。
1.3研究物联网的意义
物联网是生产社会化、智能化发展的必然产物,是现代信息网络技术与传统商品市场有机结合的一种创造。
这种创造不仅可以极大地促进社会生产力发展,而且能够改变社会生活方式。
物联网对社会生产方式必将产生深刻影响。
物联网把信息网络技术、传感器技术等应用于各个行业、各个产业,组成一个庞大网络,使人们能够通过互联网监控处于庞大网络中的物品运行情况,从而实现对物的智能化、精确化管理与操作。
在物联网环境下的预警型车辆管理系统中,利用RFID技术能实现车辆的不停车自动识别,但是如何将读取到的标签数据可靠、及时的传输至远程服务端并接收返回的控制命令,是确保系统安全、快速响应的关键所在。
同时,将视、音频监控系统与RFID系统进行集成,利用一个终端来实现统一管理、控制,将能大幅度降低系统整体部署成本、提高系统的可靠性和可用性。
随着电子商务和移动办公的进一步普及,WI-FI无线网络的出现,加快了物联网发展的步伐,家庭和小型办公网络用户对移动连接的需求是越来越大。
在这几年内,无线AP的数量呈迅猛的增长,无线网络的方便与高效使其能够得到迅速的普及。
除了在目前的一些公共地方有AP之外,国外已经有先例以无线标准来建设城域网,因此,WI-FI的无线地位将会日益牢固。
到目前为止,美国、日本等发达国家仍然是目前WI-FI用户最多的地区。
但是廉价的WI-FI,必将成为那些随时需要进行网络连接用户的必然之选。
无线技术的发展和日趋成熟,无线网络被快速地应用到生活的各个方面,给我们带来了很多的便利。
目前国外对WI-FI的应用已经较为广泛网络也相对成熟,国内在网络基础建设方面还处于起步,有很大的发展空间,不过随着对无线上网需求的进一步增加WI-FI网络在我国必定也会得到极大地发展,是我国智能信息网络大发展的机遇。
因此,RFID技术出现以及WI-FI技术成熟,在物联网迅猛发展的大背景下,给智能信息网络技术注入活力。
这是社会科技进步的标志,对社会的科技发展产生了重大影响。
1.4研究物联网的内容
本系统是基于Tiny6410的物联网多源信息终端,系统是以三星ARM11内核处理器为硬件平台,嵌入式Linux操作系统为软件开发平台,编写linux应用程序,实现多源对ADF7020RFID模块的数据读取,快捷收集过往车辆信息,从而实现智能化管理校园车辆,对校园车辆的高效管理。
2系统硬件描述
2.1系统主控模块
Tiny6410是一款以ARM11芯片(三星S3C6410)作为主处理器的嵌入式核心板,该CPU基于ARM1176JZF-S核设计,内部集成了强大的多媒体处理单元,支持Mpeg4,H.264/H.263等格式的视频文件硬件编解码,可同时输出至LCD和TV显示;它还并带有3D图形硬件加速器,以实现OpenGLES1.1&2.0加速渲染,另外它还支持2D图形图像的平滑缩放,翻转等操作。
Tiny6410采用高密度6层板设计,尺寸为64x50mm,它集成了128M/256MDDRRAM,SLCNANDFlash(256M/1GB)或MLCNANDFlash(2GB)存储器,采用5V供电,在板实现CPU必需的各种核心电压转换,还带有专业复位芯片,通过2.0mm间距的排针,引出各种常见的接口资源,以供不打算自行设计CPU板的开发者进行快捷的二次开发使用。
Tiny6410SDK是采用Tiny6410核心板的一款参考设计底板,它主要帮助开发者以此为参考进行核心板的功能验证以及扩展开发。
该底板具有三LCD接口、4线电阻触摸屏接口、100M标准网络接口、标准DB9五线串口、MiniUSB2.0接口、USBHost1.1、3.5mm音频输入输出口、标准TV-OUT接口、SD卡座、MiniPCIe接口、电容屏接口等;另外还引出4路TTL串口,另1路TV-OUT、SDIO2接口(可接SDWI-FI)接口等;在板的还有蜂鸣器、I2C-EEPROM、备份电池、AD可调电阻、8个中断式按键等,如图1所示。
图1Tiny6410核心板
主控制器使用三星S3C6410微控制器,运行linux系统并协调各部分的工作。
NandFlash、NorFlash、SDRAM主要完成嵌入式系统的存储分配工作。
RFID是使用无线射频读卡技术。
WI-FI模块用于将读卡数据汇集上传到局域网内,也可以切换到DM9000AEP模块进行有线传输上传到局域网,实现的局域网内对RFID数据读取,如图2所示。
图2系统控制模块框图
2.2DM9000AEP模块
DM9000AEP是Davicom公司的一款以太网控制芯片,是一款完全集成的和符合成本效益的,单芯片快速以太网MAC控制器。
它有一个一般处理接口,一个10/100M自适应的PHY和4KDWORD值的SRAM。
它的目的是在低功耗和高性能进程的3.3V与5V的支持宽容,DM9000AEP还提供了介质无关的接口,来连接所有提供支持介质无关接口功能的家用电话线网络设备或其他收发器。
该DM9000AEP支持8位,16位和32-位接口访问内部存储器,以支持不同的处理器。
DM9000AEP物理协议层接口完全支持使用10MBps下3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100MBps下5类非屏蔽双绞线。
这是完全符合IEEE802.3u规格。
它的自动协调功能将自动完成配置以最大限度地适合其线路带宽。
还支持IEEE802.3x全双工流量控制。
这个工作里面DM9000AEP是非常简单的,所以用户可以容易的移植任何系统下的端口驱动程序。
DM9000AEP在网络中它可自动获得同设定MAC地址一致的IP包,完成IP包的收发,再用一个单片机来结合完成上层协议,就构成了一个完整的网络终端。
在单片机中嵌入了一个精简TCP/IP协议栈。
API总共分7部分,包括网络接口层、动态内存管理模块、缓冲区管理模块、UDP层、TCP层、DHCP模块和DNS模块,如图3所示。
图3DM9000AEP芯片
2.3WI-FI模块
WI-FI是一种能够将个人电脑、手持设备(如Pad、手机)等终端以无线方式互相连接的技术。
WI-FI是一个无线网路通信技术的品牌,由WI-FI联盟(WI-FIAlliance)所持有。
目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。
使用IEEE802.11系列协议的局域网就称为WI-FI。
甚至把WI-FI等同于无线网际网路(WI-FI是无线局域网中的一大部分)。
WI-FI原先是无线保真的缩写,WI-FI英文全称为wirelessfidelity,在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”,实质上是一种商业认证,同时也是一种无线联网技术,以前通过网线连接电脑,而2010年则是通过无线电波来连网,常见的就是一个无线路由器,那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用WI-FI连接方式进行联网,如图4所示。
图4无线WI-FI的应用范围
2.4ADF7020RFID模块
射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术,是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术近些年来,射频识别系统的应用领域日益扩大,现已涉及到人们日常生活的很多方面,相对于低频射频识别系统,UHF(超高频)RFID读写器具有识别距离远识别准确率高识别速度快抗干扰能力强等特点,是目前产品发展的热点。
非接触式读取车辆信息是本系统的优势功能,考虑到读写距离、可靠性、部署成本等因素,选用的频段为UHF915MHz,RFID模块我们选用ADF7020RFID读写模块来实现,该模块能工作在915MHz这个频点,具有低功耗的特点,且内部集成FSK/GFSK/ASK/OOK/GOOK功能,只需配备少量的外围器件即可正常工作。
其锁相环部分(PLL)实现原理,如图5所示。
图5锁相环原理图
ADF7020模块与系统的连接示意图如下图,主控系统通过串口对ADF7020模块发送指令,作用于ADF7020模块内部有协议栈,即可对ADF7020模块进行通信,从而获得读卡信息,如图6所示。
3Linux开发环境的建立及熟悉过程
3.1虚拟环境的搭建
本系统开发环境选用Linux2.6内核的Fedora10操作系统,Fedora10操作系统成熟稳定,值得信赖。
首先安装虚拟机软件VMwareWorkstation6.5。
为Fedora10操作系统配置一台虚拟计算机,然后在虚拟计算机上安装Fedora10操作系统。
安装虚拟机工具,确保虚拟机能与PC机数据共享,如图7所示。
图7安装Fedara10操作系统界面
设置共享目录
以root身份登录Fedora10,在命令行运行:
#gedit/etc/exports
编辑nfs服务的配置文件,添加以下内容:
/opt/FriendlyARM/mini6410/linux/share*(rw,sync,no_root_squash)
3.1安装编译软件工具
在Linux平台下,要为开发板编译内核,图形界面Qtopia/Qt4,bootloader,还有其他一些应用程序,均需要交叉编译工具链,我们使用的是arm-linux-gcc-4.5.1,它默认采用armv6指令集,支持硬浮点运算。
下面是安装它的详细步骤:
Step1:
将光盘中的arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-20101103.tgz复制到Fedora10操作系统。
解压文件到tmp目录,然后进入到该目录,执行解压命令:
#cd/tmp
#tarxvzfarm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-20101103.tgz–C/
将arm-linux-gcc安装到/opt/friendlyARM/toolschain/4.5.1
Step2:
把编译器路径加入系统环境变量,运行命令
#gedit/root/.bashrc
编辑/root/.bashrc文件,加入路径:
PATH=$PATH:
/opt/FriendlyARM/toolschain/4.5.1/bin
如图8所示。
图8交叉编译环境界面
重新登录系统(不必重启机器,开始->logout即可),使以上设置生效,在命令行输入arm-linux-gcc–v,会出现如下信息,这说明交叉编译环境已经成功安装,如图9所示。
图9交叉编译器安装成功界面
3.3引导程序BOOTLOADER的配置和编译
解压安装U-boot源代码。
在工作目录/opt/FriendlyARM/mini6410/linux中执行:
#cd/opt/FriendlyARM/mini6410/linux
#tarxvzf/tmp/linux/u-boot-mini6410-20101106.tar.gz
将创建生成u-boot-mini6410目录,里面包含了完整的U-boot源代码
进入U-boot源代码目录,执行:
#cd/opt/FriendlyARM/mini6410/linux/u-boot-mini6410
#makemini6410_sd_config-ram128;生成配置文件
#make;开始编译
将会在当前目录配置并编译生成支持Nand启动的U-boot.bin,使用SD卡或者USB下载到NandFlash即可使用。
3.4系统内核的配置和编译
解压安装Linux内核源代码。
在工作目录/opt/FriendlyARM/mini6410/linux中执行:
#cd/opt/FriendlyARM/mini6410/linux
#tarxvzf/tmp/linux/linux-2.6.38-20110325.tar.gz
将创建生成linux-2.6.38目录,里面包含了完整的内核源代码
用如下命令来编译内核。
#cpconfig_linux_mini6410.config;
#makezImage;开始编译内核
如图10所示。
图10编译内核界面
编译结束后,会在arch/arm/boot目录下生成linux内核映象文件zImage。
3.5系统映像文件的制作
执行以下命令:
#cd/opt/FriendlyARM/mini6410/linux
#tarxvzf/tmp/linux/rootfs_qtopia_qt4-20101120.tgz
将创建生成rootfs_qtopia_qt4目录。
进入工作目录/opt/FriendlyARM/mini6410/linux,执行以下命令:
#mkubimage-mlc2rootfs_qtopia_qt4rootfs_qtopia_qt4-mlc2.ub
将把rootfs_qtopia_qt4目录压制为UBIFS格式的映像文件:
rootfs_qtopia_qt4-mlc2.ubi使用SD卡下载可以把它烧写到NandFlash中。
4应用程序的编写
ADF7020RFID模块的数据通过串口传输到主控系统处理,编写串口程序,是主控系统与ADF7020
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