基于Linux的傳感器網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)系統設計

引言

傳感器網(wǎng)絡(luò )是計算機科學(xué)技術(shù)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，集成了傳感器、微機電系統和網(wǎng)絡(luò )二大技術(shù)形成的傳感器網(wǎng)絡(luò )是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。近幾年，在傳感器網(wǎng)絡(luò )管理、查詢(xún)和數據分發(fā)等方面的研究都得到了相當大的發(fā)展。而傳感器網(wǎng)絡(luò )要真正投入使用，則不能完全孤立存在，需要通過(guò)網(wǎng)關(guān)設備接入外部網(wǎng)絡(luò )，如Internet、局域網(wǎng)或企業(yè)內部互聯(lián)網(wǎng)，提供用戶(hù)對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的遠程訪(fǎng)問(wèn)和監測。

1．系統總體設計隨著(zhù)通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知、計算和通信能力的微型傳感器開(kāi)始出現。由大量成本低廉的這類(lèi)傳感器節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式組成了傳感器網(wǎng)絡(luò )。傳感器網(wǎng)絡(luò )綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)等，是多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點(diǎn)領(lǐng)域之一，它具有遠程監控、實(shí)時(shí)監測、能在惡劣或特殊環(huán)境工作。

1。1系統硬件平臺設計系統硬件平臺設計主要包括微處理器的選擇和外圍設各的選擇，本文選擇ARM處理器作為核心器件，外圍設各包括SDRAM，FLASH，串口、以太網(wǎng)接口等。嵌入式網(wǎng)關(guān)設備由核心板和底板組成，核心板上集成AtmelAT91RM9200處理器，64MSDRAM以及16M的FLASHoAT91ARM9200微處理器芯片是工業(yè)級200MIPSARM920T內核，具有16K字節的指令和16K字節的數據高速緩存的處理器。

網(wǎng)關(guān)設備底板上提供以下外設接口：兩個(gè)RS-232串口和一個(gè)lOM/100M自適應以太網(wǎng)接口。外圍硬件接口的選擇將決定整個(gè)系統通過(guò)何種方式接入網(wǎng)絡(luò )。目前最常見(jiàn)的既廉價(jià)性能又高的接入方法是采用最成熟的以太網(wǎng)絡(luò )接口，能夠滿(mǎn)足局域網(wǎng)接入和絕大多數寬帶網(wǎng)絡(luò )接入的要求。因此木文設計的傳感器網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)設備通過(guò)以太網(wǎng)接口接入Internet，實(shí)現遠程用戶(hù)對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據的管理。

1。2軟件平臺設計軟件平臺設計主要涉及到兩大方而：一是與硬件相關(guān)的軟件部分：二是應用軟件部分。與硬件相關(guān)的軟件包括基于A(yíng)RM的Linux內核移植、引導程序移植等。應用軟件主要包括兩大部分：一為WebServe：和TCP/IP協(xié)議棧；二為傳感器網(wǎng)絡(luò )數據采集、融合及存儲等部分，該部分包括遠程管理模塊、查詢(xún)指令分析處理模塊、數據存儲模塊、數據分析與融合模塊及數據采集模塊。

2。硬件電路設計本系統硬件平臺設計成兩大部分，一是核心板部分，集成了AtmelAT91RM9200處理器，64MSDRAM以及16M的FLASH存儲器：二是底板部分，由兩個(gè)四線(xiàn)RS-232串口和一個(gè)10M/100M自適應以太網(wǎng)接口等組成。

2。1SDRAM存儲器SDRAM(SynchronousDynamicRAM)同步動(dòng)態(tài)存儲器，使用SDRAM小但能提高系統表現，還能簡(jiǎn)化設計、提供高速的數據傳輸。在功能上，已類(lèi)似常規的DRAM，但是也需要時(shí)鐘進(jìn)行刷新。在系統運行時(shí)，所有的程序和數據都是在RAM(主要是在SDRAM)中與CPU和外圍設各交互，所以SDRAM的速度對于整個(gè)系統的運行速度有著(zhù)至關(guān)重要的影響。

本文采用了兩片Hynix公司的HY57V281620BTSDRAM芯片，16MX16位數據寬度，共64MSDRAM。AT91RM9200內置有SDRAM控制器(SDRAMC)，具有SDRAM控制接口，為簡(jiǎn)化電路設計提供了很大的方便，電路如圖1所示。

圖1SDRAM存儲器電路2。2RS232串行通信口目前RS-232是PC機與通信土業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取小平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。AT91RM9200輸出的串行信號是TTL電平，必須經(jīng)過(guò)電平轉換輸出符合EIA/TIA-232電平，電路設計見(jiàn)圖3。

圖2接收傳感器網(wǎng)絡(luò )數據的串口電路

圖3MAC控制器框圖2。3100M以太網(wǎng)AT91RM9200集成有以太網(wǎng)控制器EMAC(EthernetMAC)使這款芯片具有了更為廣泛的應用價(jià)值。從硬件的角度看，以太網(wǎng)接口電路主要由MAC控制器和物理層接口兩大部分構成。該設計中，使用LXT972作為以太網(wǎng)的物理層接口。LXT972是一款低功耗、高性能芯片，支持lOM和100M的以太網(wǎng)傳輸，它起編碼、譯碼輸入和輸出數據的作用。由于LXT972和AT91RM9200具有的EMAC都支持MII接口功能，根據信號的定義相連接即可。信號的發(fā)送和接收端通過(guò)網(wǎng)絡(luò )隔離變壓器和RJ45接口接入傳輸媒體，Emac框圖如圖4。

圖4通過(guò)CGI訪(fǎng)問(wèn)數據庫3軟件平臺設計3。1嵌入式WebServer軟件分析與實(shí)現作為傳感器網(wǎng)絡(luò )管理系統，本文設計的初衷就是希望監測端可以在任何有Internet的地方，客戶(hù)通過(guò)Internet訪(fǎng)問(wèn)系統，系統檢查客戶(hù)的權限，權限通過(guò)即能取得對系統的監測權。

如果使用客戶(hù)端/服務(wù)器模式把系統設計成一個(gè)服務(wù)器，客戶(hù)端就可以通過(guò)某種建立在TCP/IP協(xié)議(如FTP，TELNET，HTTP等協(xié)議)之上的應用層協(xié)議來(lái)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器。CGI(CommonGatewayInterface)即公用網(wǎng)關(guān)接口，它是程序和應用軟件用來(lái)與網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器軟件連接的通用標準，CGI提供網(wǎng)絡(luò )瀏覽器和數據信息之間的傳送業(yè)務(wù)。CGI是一段程序，它運行在Web服務(wù)器上，提供同客戶(hù)端HTML頁(yè)面的接口。CGI腳本程序啟動(dòng)后，服務(wù)器將客戶(hù)端的信息傳給此程序，該程序對客戶(hù)的信息處理后，將運行結果交給服務(wù)器，由服務(wù)器負責再向客戶(hù)端傳遞。CGI主要運用于處理搜索引擎和一般表單。

本系統選用Sqlite作為系統的數據庫，并將Sqlite移植到arm板上，然后建立自己的數據庫sensor。db，然后按需要建立表，用山于測試需要，本文設計了兩個(gè)來(lái)存儲經(jīng)過(guò)分析綜合處理后的傳感器數據信息。數據表和一個(gè)用戶(hù)表，分別為light(光感強度表)、temperature(溫度表)和user(用戶(hù)表用來(lái)鑒定遠程登錄用戶(hù)的合法性)。

由于CGI程序是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，經(jīng)過(guò)編譯生成可執行的二進(jìn)制代碼，所以它具有占用空間小，運行速度快，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。該sql。cgi程序啟動(dòng)后首先查詢(xún)用戶(hù)表完成用戶(hù)名和密碼的鑒定，如果是合法用戶(hù)則根據用戶(hù)的查詢(xún)條件查詢(xún)數據庫中的溫度或光感強度數據表將查詢(xún)結果顯示在主頁(yè)上，若為非法用戶(hù)則給出登陸錯誤提示信息返回到主頁(yè)。

4結論

本文創(chuàng )新點(diǎn)：本文針對基于Web的傳感器網(wǎng)絡(luò )嵌入式網(wǎng)關(guān)系統開(kāi)發(fā)的需求，通過(guò)對傳感器網(wǎng)絡(luò )的結構、嵌入式Web體系結構、嵌入式數據庫模型、嵌入式操作系統模型、嵌入式網(wǎng)關(guān)設計模型等進(jìn)行初步的研究與探索，并利用現有的開(kāi)發(fā)平臺和開(kāi)發(fā)工具，對基十Linux的嵌入式系統開(kāi)發(fā)模式、嵌入式Internet技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐。完成了基于Web的傳感器網(wǎng)絡(luò )嵌入式網(wǎng)關(guān)系統的硬件設計和軟件平臺設計。該網(wǎng)關(guān)可有效進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò )數據管理與存儲，實(shí)現用戶(hù)對傳感器網(wǎng)絡(luò )數據的遠程查詢(xún)和監視功能。