基于嵌入式操作系统的物联网节点技术研究

作     者：李石峰 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭万有;张涛

授予年度：2018年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 13[艺术学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：物联网节点 嵌入式操作系统 MQTT协议 TCP/IP协议 

摘      要：随着我国工业化的快速发展,大量化石类能源被消耗,过快的工业化发展导致环境治理大大跟不上工业发展的步伐。作为改善空气质量的手段,可以将物联网技术和室内空气净化技术相结合,通过网络互连、智能决策、协同工作等手段,构建空气净化物联网系统,建立物联网智能空气净化体系,大幅度提高空气净化效率,实现改善空气质量的目的。传统的物联网开发技术基于裸机式的开发,开发效率低、成本高,基于嵌入式操作系统的物联网节点开发技术相对于传统开发而言,使用操作系统屏蔽不同硬件平台的差异,统一使用相同的接口开发,通过系统完成对资源的高级调度,可以快速、稳定、低成本和高效率实现物联网节点功能。本文将基于嵌入式操作系统的技术和基于物联网的室内空气净化器技术相结合,研究一种基于嵌入式操作系统的室内空气净化器物联网节点技术。物联网节点技术以实时操作系统为核心,通过实时操作系统的多任务处理、信号量、消息队列和事件处理等功能大幅度提升物联网节点的运行效率,实现物联网节点信息的采集、处理和发送等任务。物联网空气净化系统由物联网净化器节点、物联网远程服务器节点、物联网决策中心节点和终端节点组成。物联网净化器节点是本文的主要研究内容,物联网节点以实时操作系统为核心,在实时操作系统上运行LWIP协议栈,使用LWIP协议栈可以实现TCP/IP通信和MQTT通信。对于大数据量的传输采用TCP/IP协议传输,采用该协议可以实时大批量快速地传送数据。对于小数据量的数据交换采用消息队列遥测传输(MQTT)协议传输,采用该协议可以便捷地与其他物联网节点进行信息的交换。物联网净化器节点拥有温湿度和空气质量传感器,可以实时采集并上传环境数据。物联网净化器节点也可以根据采集的环境数据,根据预设的规则自动控制节点的运行。物联网净化器节点还设置有摄像头监控系统,该系统可以实时地采集远程图像并将图像发送给终端设备。物联网远程服务器节点、物联网决策中心节点和终端节点与物联网净化器节点相互配合,共同完成物联网空气净化系统空气净化的任务。本文将嵌入式实时操作系统技术与物联网技术相结合,研究并设计基于嵌入式操作系统的室内空气净化器物联网节点,完成了基于嵌入式实时操作系统的物联网节点系统的设计和验证,实现了基于嵌入式操作系统的物联网节点信息的采集、处理和发送。本文涉及的技术有嵌入式操作系统技术、物联网传感器技术、网络通信技术和云技术等。