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基于ARM9的物联网智能网关设计.pdf

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犬遠硿-大李 DALIANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY 工酲颀士莩位沱 文 MASTERALDISSERTATIO N ^ 基于ARM9的物联网智能网关设计 工程领域___軒城信工胃 作者姓名_m 指导教师—— 答辩日期2012年6月 专业学位硕士学位论文 基于ARM9的物联网智能网关设计 DesignofIOTSmartGatewayBasedonARM9 作者姓名:张福文 丁.程领域:电子与通信工程 学号:31009020 指导教师:吴振宇 完成R期:2012年5月 大ll理工大嗲 DalianUniversityofTechnology 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用内容和致谢的地方外, 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果,也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目:%^rnA^ 作者签名:灰狗(日期:>。丨>年4月y]曰 大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 工业生产是中国能源、资源消耗的重要方面。对工业生产中能源、资源的使用进行 规划并监测对于工业生产具有非常重要的意义。现代工业厂房中对能源、资源的消耗多 种多样,主要包括电能、水(自来水、中水)、热力(蒸汽、冷凝水)、气(压缩空气、 氮气、氩气、氧气、丙烷等)、燃气、油、固体燃料等。现代的能源、资源管理系统中, 要对厂区内的各能源、资源使用情况进行计量,然后远传到信息管理中心储存,并能通 过能源管理平台进行集中监测和能耗分析等管理工作,方便厂区管理人员实时掌握各计 量点的监测数据和数据变化趋势。 i 本文以工业能源、资源计量和监测为背景,设计了一种基于ARM和Lnux的工业 物联网网关设备。实现了多种协议的工业计量仪表的数据采集、本地存储和远传。本文 利用AT91SAM9G20工业级微控制器芯片,通过引脚复用,实现了七路数据采集端口。 采用SP485EE芯片,加以有效的信号隔离、电源隔离措施,实现了串行端口到RS485总 线的自动双工转换。 在网络传输方面,本文充分利用微控制器的以太网介质接入层控制器,通过RMII 接口连接DM9161芯片,实现了100Base-T的双工以太网通信。 本文对网关设备设计的讨论主要分三方面,分别是硬件电路的设计与实现、系统软 件的设计和应用层软件的设计。 网关设备的硬件部分主要包括微控制器、电源、日历、存储器、声卡、网卡、RS485 接门、USB接门以及SD卡扩展槽等的原理分析和电路设计、PCB板图的设计、制板及 硬件电路的调试。 系统软件方面采用U-Boot作为引导加载程序,设了一个基于Lmux内核的嵌入式 操作系统并根据需要修改了部分驱动程序。操作系统采用Busybox制作了常用的系统工 具,并使用UBIFS创建了根文件系统。 在Linux系统的基础上,本文采用Go语言幵发了三种工业远传仪表规约的应用层 实现,利用TCP/IP和HTTP两种方式实现与服务器的通信,并根裾国家的相关标准实现 了数据采集和远传。 最后,本文针对网关设备的功能,进行了部分测试,并对功能的扩展和进?步测试 做出了展望。 关键词:物联网;智能网关;Modbus;以太网;RS485 基于ARM9的物联网智能网关设计 Designof10丁SmartGatewayBasedonARM9 Abstract Industrialproductionisanimportantaspectofthecountry^senergyandresourcesuse. Energyandresourcesmonitoringandplanningisofgreatsignificanceduringindustrial productionprocess.Varieskindsofenergyandresourcesareusedinmodernindustrialplants, includ