1、毕业设计开题报告通信工程基于WINCE的无线传感器数据采集软件的实现一、选题的背景与意义随着近些年“物联网”概念呼之欲出，作为物联网基础的无线传感器网络（WSN，WIRELESSSENSORNETWORK）愈来愈受到人们的关注。无线传感器网络是是一门新兴的信息技术，由一组按需随机分布的集成有传感器、数据处理单元、无线通信模块和能量供应模块的微型传感器节点以自组织方式构成的无线网络，融合了信息处理技术、微电子技术、计算机技术和无线网络技术。已经引起了美国、日本、韩国、英国、意大利等多个国家的极大关注。在一份有关我国未来20年预见技术的调查报告中，信息领域157项技术课题中有7项与传感器网络直接有
2、关。2006年初发布的国家中长期科学与技术发展规划纲要为信息技术确定了三个前沿方向，其中两个与WSN的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术，组足见对无线传感器网络的重视程度。作为无线传感器网络重要的应用领域之一生态环境监测，虽然在欧美等国已开始起步，在国内也已经有中国科学院、中国科技大学、北京邮电大学等一批知名研究所或高校开始着手研究，但我国生态环境监测仍局限于人工采集或预先布线，通过有线方式采集，人工采集加大了人员工作量且无法保证数据实时有效性。传统的基于计算机信息处理的现场监测系统也存在很多问题如较难进行数据采集设备的安装，无法利用现有的无线或有线网络等等，扩展性较差，布线繁琐，影
3、响美观等问题。在这种情况下，利用无线传感器网络对生态环境进行监控的优势体现在1、无线传感器网络的自组织特性使得信息获取系统的组建不需要额外的硬件支持，微型化的无线传感器网络节点更易安装，且无线传感器网络节点还具有数据采集、数据处理与数据传输的功能，实施难度较其他方法容易；2、无线通信方式减少了布线的投入，降低了维护和维修的难度，增加了通信的灵活性；3、无线传感器网络节点集成多种类型的传感器，使得同时采集多个事件特征数据成为可能；4、无线传感器网络的自组织特性。新节点可以随时加入，而不对原有网络造成影响。因此，基于无线传感器网络的远程数据获取系统具有较好的扩展性。随着信息化、智能化、网络化的的发
4、展，嵌入式系统获得了广阔的发展空间，已经广泛渗透到科学研究、工程技术、军事技术、各类产业及商业应用、文化艺术以及人们生活的方方面面。嵌入式和无线传感器网络作为21世纪计算机相关学科中最热门中的两大方向，两者相互渗透、相互结合，密切相关。以嵌入式系统作为无线传感器网络的开发平台已是时代所趋。目前拥有的嵌入式平台较为成熟的有LINUX和WINCE。而WINCE同LINUX相比有着以下优势1、WINCE的操作界面延续了WINDOWS系列的概念，对使用惯了WINDOWS的开发者有着容易上手的优势；2、WINCE系统中，微软做了大量的工作，简单了开发的过程，很适合小型团队作为产品开发的系统。基于以上原因
5、，是我选择使用WINCE及无线传感器网络实现对生态环境监测，也是该课题具有广阔前景的原因。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题无线传感器网络是一种由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个用作信息收集、融合、并发送给观察者的多跳自组织的网络系统。无线传感器网络主要分为两个部分，传感器网络部分和汇聚节点部分。其中，汇聚节点是将传感器网络采集的数据，通过外部网络传递给终端用户。由于生态环境监测需要多种多样的生态参数，且本人研究能力有限，特将本课题局限在拟在汇聚节点上构建一个监控环境温湿度变化的数据采集软件。其中，汇聚节点拟用XSBASE270S嵌入式开发平台构造，W
6、INCE操作系统为其系统内核，PBPLATFORMBUILDER50、EVCEMBEDDEDVISUA1C作为开发工具。在数据采集软件可以实时显示汇聚节点从传感器网络中收集到的信息，并且进行处理后，通过图像直观地展示出来。目标本课题要实现以无限传感器网络为平台，通过温湿度传感器采集所测地区温湿度数据，在基于WINCE开发环境下开发出一款软件实现以下功能1）数据监控功能2）活动节点查看3）数据上传功能4）历史数据清理并能够实现在WEB模式下的对温湿度的直观观测。本课题主要研究的问题1了解无线传感器网络的概念，以及它所采集的数据的特点及其通信协议是什么2熟悉汇聚节点的特点，及其所起的作用，以及如何
7、进行收集数据。3利用PBPLATFORMBUILDER50开发工具定制WINCE内核映像，完成WINCE内核映像的编译和移植工作，研究在WINCE上利用EVC开发软件的方法研究的方法与技术路线研究方法主要分为文献法、实验法和讨论法。文献法通过前期查找、阅读、学习无线传感器网络及WINCE系统开发有关书籍、资料及论文。要求做到对无线传感器网络有一个较为深入的认识，对WINCE系统开发有一个全面的认识。通过对文献的学习对无线传感器网络概念掌握，对无线传感器网络数据采集特点了解。对汇聚节点的特点、作用、及其数据收集方式。实验法首先针对WINCE系统开发进行熟悉性实验，通过理论结合实践的方式对WINC
8、E的操作平台、嵌入式开发系统有一个深刻的认识。即完成利用PBPLATFORMBUILDER50开发工具定制WINCE内核映像，完成WINCE内核映像的编译和移植工作以及研究在WINCE上利用EVC开发软件的方法这两个实验要求。然后通过WINCE进行软件的设计，满足目标所需的要求之后，在模拟器与仿真器进行仿真与模拟，完成模拟测试之后进而进行实现验证，最终完成课题目的。讨论法在研究进行过程中遇到自己不明白的地方或无法解决的问题时，及时联系导师、相关研究生以及课题相似的同学进行沟通与交流，提出自己的疑问，从他们之中获取解答，学习新的知识。技术路线分为硬件构成和软件开发其中，对于无线传感器网络平台的构
9、建，即硬件构成分为SINK节点、传感器节点和网关板节点。分别采用ASK270，ANTC3节点板和AGT网关板。本课题采用温湿传感器模块采用SHT11芯片；数字式输出、免调试、免外围电路、功耗低、高可靠性；14位精度；I2C接口温度40C1238C；05C25C湿度0TO100RH；35RH功耗30UW图1、温湿度传感器模块图2、传感器节点采集模型主要为运行在节点设备上的嵌入式软件，软件以TINYOS为架构来实现，大体可以分为三个工作1、硬件抽象层使用NESC语言在TINYOS框架下实现对节点上硬件的支持，将CPU及其外设、射频芯片、传感器模块以及其它各种外设抽象成NESC里的组件，易于重用。2
10、、路由协议层传感器网络的核心部分，在TINYOS下实现多种拓扑和应用需要的路由协议，将各个节点组成多跳自组网络。节点通过主动或被动的形式，可以将数据信息汇集到SINK节点。SINK节点作为传感器节点网络的出口，同样可以以主动或被动的形式，通过多种通信方式，将数据最终采集到应用软件层，以供使用。一旦用户实现了传感器硬件，便可开始在节点的TINYOS系统中添加对应的传感器软件支持。在传感器节点程序的编译过程中，使用MAKE工具对代码进行编译。因此，用户需要做一些工作，使得用户的驱动代码能够被有效的整合到系统中。支持相应的传感器需要对ATOSENET/ANTC3目录中的文件做出相应的修改。配置上位系
11、统为了在界面中能够正确的显示采集到的数据，我们需要在上位机的系统中添加新传感器的识别机制和数据解析体系。上位机的数据识别、解析机制体系通过完善的数据库结构，为用户提供了一系列的接口。用户只需要在相应得数据表中添加相对应的字段，就可以使自己添加的传感器数据在上位机系统中被正确解析、显示。原理大致如下图3、数据库结构开发环境采用WINCE开发环境，其中开发工具包括1、PLOTFORMBULIDER50,为WINCE操作系统的IDE。2、BSPFORASK270，ASK的板级支持包，包含驱动程序、OAL等程序的所有源代码。3、VS2005，MICROSOFTVISUALSTUDIO2005，WINC
12、E应用程序开发环境4、SDK，ASK270_SDK，包含ASK270的开发所需的库文件和头文件系统配置数据库SYSTEM/CONFIGMDB节点类型配置T_NODE_TYPE数据存储T_STORAGE_TYPE数据字段T_STORAGE_FIELD采集数据T_DATA_1采集数据T_DATA_2采集数据T_DATA_XXXX数据存储数据库DATA/DATAMDBTYPE段传感器数据从基站接收到的RF数据查询出对应得存储结构，字段结构，以及存储的数据库表解析出来的传感器数据存储到对应表5、ACTIVESYNC，ACTIVESYNC45，WINCE同步软件，支持WINCE在线调试和下载6、ATOS
13、CE源代码，采集程序ATOSCE的源代码，需要安装SDK包采集程序包括1、ATOSWIN，采集程序ATOSWIN的源代码2、ATOSCE，WINCE下的采集程序，可以在便携式设备上进行数据采集分析工作服务端软件ATOSSERVER，SQL数据库服务器，可以支持WEB浏览器和手机设备进行传感器数据的浏览察看客户端包括ATOSBROWSER，通过各种浏览器都可以访问ATOSSERVER，察看数据其WINCE开发过程包括1、WINCE平台的构建与配置，要求掌握WINCE内核的配置、编译方法，构建一个适合特定硬件平台的WINCE系统，熟悉PB开发工具的使用方法。2、了解线程同步调试，了解WINCE下I
14、O访问的机制和原理，掌握WINCE线程的编程方法，同步原理及EVC和VSNET的使用开发环境3、了解驱动程序结构，掌握流式接口驱动程序的结构开发方法4、进程通信调试，作为多任务操作系统，进程间通讯机制是非常重要的概念，掌握WINCE50下进程间消息传递和共享内存的编程方法5、进行SQL数据库编程，了解ADOCE组件，掌握WINDOWS下的DLL等组件的注册，掌握嵌入式数据库的开发过程，掌握SQL语句的使用方法6、了解动态链接库（DLL），了解WINCE动态链接库的基本原理，掌握WINCE动态链接库程序的编程方案，区别荆条与动态链接库方法的差异7、了解无线网络通信，掌握SOCKET编程方法，了解
15、TCP/IP协议，掌握WINCE系统下无线网络配置过程8、了解UDP和PING，了解UDP网路通信的基本内容，掌握PING实现的基本原理，了解TCP/IP和ICNP协议9、进行驱动程序实验，在了解驱动程序的原理和功能的基础上，通过实际控制系统中的LED、数码管对驱动程序的编写流程进行实践10、串口编程实验GSM和GPRS，EELIOD停工了标准的串口通讯接口，通过该接口可以连接GSM/GPRS模块，实现GSM/GPRS拨号功能，还可以通过串口连接GPRS模块，获取平台所在的卫星定位的位置11、进行CAN总线实验，本实验要了解CANBUS的工作原理，硬件和协议定义并在WINCE系统下完成CANB
16、US的流式设备驱动12、了解SD/CF存储卡读写，掌握在WINCE系统下对SD/CF这样的块设备的配置和编程操作方法13、应用程序集成实验，解决如何开发出来的应用程序集成到系统中，掌握如何修改平台下的注册表文件。理解影响配置文件参数的作用三、研究的总体安排与进度2010年11月选题，明确课题任务2010年12月搜集资料、调研，学习无线传感器网络知识和研究XSBASE270S嵌入式开发平台2011年1月2011年2月进行WINCE熟悉性实验，完成WINCE内核映像的编译和移植工作，完成文献翻译工作2011年2月3月在WINCE上利用EVC开发无线传感器数据采集软件，并进行模拟、仿真，然后进行实现
17、验证2011年4月撰写论文、准备答辩四、主要参考文献1李晓维,徐永军,任丰源无线传感器网络技术M北京北京理工大学出版社,200782李善仓,张克旺无限传感器网络原理与应用M北京机械工业出版社,200833孙立民,李建中无线传感器网络M北京清华大学出版社,200554任丰原,黄海宁,林闯无线传感器网络J软件学报2003,147128212915罗海勇,李锦涛,赵方,等温室无线测控网络信息采集分系统设计研究J微电子学与计算机,24（10）1420076傅曦,陈黎等WINDOWSCE嵌入式开发入门基于XSCALE架构M人民邮电出版社200667何宗键WINDOWSCE嵌入式操作系统M北京航天航空大学
18、出版社20068文志成GPRS网络技术M电子工业出版社20059段雨顺用于无线网络协议转换的嵌入式网关的设计与实现D山东大学硕士学位论文200910美国思科网络技术学院刘忠庆,郭立军，张晓峰译无线局域网基础/美国思科公司M北京人民邮电出版社200511黄伟基于无线传感器网络的远程数据获取平台设计及相关问题研究D中国科技大学硕士学位论文200912杨丽琴基于无线传感器网络的数据采集系统设计D广西大学硕士学位论文200813郑绍华，蔡志明一种基于无线传感器网络的动态数据采集系统设计D现代商贸工业,第19卷12期，20071214AKYILDIZLF,SUW,SANKARASUBRAMANIAMYWIRELESSSENSORNETWORKSASURVEYJCOMPUTERNETWORKS2002,38439342215AJGOLDSMITHANDSBWICKEDESIGNCHALLENGESFORENERGYCONSTRAINEDADHOCWIRELESSNETWORKJIEEEWIRELESSCOMMUNICATIONS2002,98826
