自然保护区监测系统说明书.doc

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1、ABSTRSCT摘要传统的自然保护区的监测技术落后、效率低，为野生动物的保护工作增加了难度。本系统是集嵌入式设备、网络、图像处理和传输技术于一体的自然保护区监控系统。将无线传感器分布于自然保护区并进行组网能够实时、高效的监测野生动物的生活习性以及保护区的环境变化。自然保护区监测系统包括数据采集模块、数据处理与传输模块以及用户交互模块。传感器节点采用TI公司的CC2530为主控核心，将传感器收集的数据以串口传输的方式传到主控设备中，并将各个不同传感器节点之间实现互联；主控网络节点采用Ubuntu+MINI2440+CC2530的架构，作用是数据传输处理，节点设备控制，apache服务器搭建。传感

2、器节点能有效地完成对自然保护区环境信息的采集、实现了对温湿度信息、光照信息以及空气质量信息的数据采集、处理以及传输。主控程序实现数据的处理与存储并负责维护与控制传感器。关键字：野生动物保护；无线传感网络；MINI2440；CC2530ABSTRSCTThe traditional backward nature reserve of monitoring technology, low efficiency, increase the difficulty about the protection of wild animals. This study design is a set of e

3、mbedded devices, networks, image processing and transmission technology in the nature reserve monitoring system. The wireless sensor networking distributed in nature reserves and in real time and efficient monitoring of environmental changes and habits of wildlife protected areas. Mainly including d

4、ata acquisition module, data processing and transmission module and the power supply module. The main sensor nodes using TIs CC2530 is the master core, the data collected by the sensor to serial transmission control equipment in a manner spread, and the interconnection between the different sensor n

5、odes; master network node using Ubuntu + MINI2440 + CC2530 architecture, function is data transmission processing,node equipment control ,the Apache server.Sensor nodes can effectively complete the environmental information collected nature reserves, the realization of the temperature and humidity i

6、nformation, lighting and air quality information, the information data acquisition, processing and transmission. Master program processing and storing data and is responsible for maintenance and control sensors.Keywords: Wildlife Conservation; WSN;MINI2440;CC2530I 目录目录1 绪论11.1 课题研究背景及其目的意义11.2 国内外研究

7、现状及其发展趋势11.3 课题研究内容21.4 相关知识概述32 系统分析52.1 可行性研究52.2 需求分析62.3 系统说明83 总体设计93.1 硬件系统93.2 软件系统134 详细设计154.1 系统整体设计介绍154.2 Sqlite数据库模块设计164.3 数据处理与设备管理主程序的设计174.4 数据区域采集与UART传输程序设计184.5 用户交互设计实现205 测试215.1 测试目标215.2 测试方法215.3 测试用例215.4 测试过程225.5 测试结果235.6 测试中遇到的问题及解决256 结束语27致谢29参考文献31附录33附录A 主要源程序33附录B

8、用户手册41附录C 软件光盘43附录D 科技译文44III 毕业设计(论文)说明书1 绪论1.1 课题研究背景及其目的意义设计面向自然保护区监测系统,目的是利用更为现代化的手段来监测自然保护区的环境信息,为野生动物保护提供更高效的采集,传输和处理监测信息的手段。它是通过将一些传感器节点和网关节点安装部署在野生动物栖息地的树木上、石头上等位置,使其可以实时的采集到野生动物栖息地的温湿度、光照、空气质量等信息。基于此自然保护区工作人员可以直接在后台监控中心根据接收到的监测数据,分析处理以后提出一些有针对性的政策措施,更好的做好对野生动物的保护。该监测系统在野生动物保护领域具有无法比拟的先进性,该监

9、测系统利用无线传感器技术,不仅可以提高对保护区的环境监测水平,同时也大量节省了人力物力等资源,也更好地降低了对野生动物正常生活的干扰等。通过本系统的系统设计使我充分了解当前嵌入式技术在环境监测中的应用范围与强度，深入体会到野生动物保护的重要性，以及保护的复杂性，了解无线传感器组网技术信息采集与数据转发的基础应用技术，深入学习环境编程相关的知识如sqlite数据库环境编程API的操作、多线程的应用和管理以及Socket套接字在通信中的重要性，同时在编写客服端的程序时，更加深入学习html和php在web开发方面的应用。1.2 国内外研究现状及其发展趋势国内发展，我国在野生动物监测方面的发展起步比

10、较晚，但是发展速度很快。我国利用遥感技术对野生动物栖息地进行监测的方法在技术上比较成熟,但因其成本比较高,受环境的影响也比较大,以及遥感技术对监测到的数据的存储和管理能力也比较低等因素影响了动物保护区工作人员的工作进度。到目前为止，我国的野生动物监测网络系统已经基本建立，但是在将无线传感器网络技术在野生动物监测领域的应用仍然存在一定的空白，原因在于国内对该技术的研究起步较晚，研究范围受到局限。国外发展，美国COA (College of the Atlantic)开展的大鸭岛(GDI)项目,通过将传感器节点采集到的气压和温湿度等环境参数以多跳路由、无线传输的方式传送到监管中心,监管中心利用这些

11、参数,经过冗余处理以后就可以在不影响监测区域野生动植物正常生活的条件下实现对其生存环境和活动行为的监视,从而用来监测海燕在气候变化时的活动行为,以及其受生存环境的影响等。可见国外技术发展的先进性与完善性。目前无线传感器网络节点设备在国内外的研究现状和发展方向:1）Smartdust节点。该节点的研究是由美国DARPA/MTOMEMS机构支持的,它是一个正在研究中的项目,同时也是无线传感器网络节点未来发展的一个方向。它的研究目标是节点体积微型化(甚至可以漂浮在空气中,依附在其它物体的表面)、节点能量自给化(直接吸收太阳能,自给供电)以及节点通信光线化(通过光来进行通信)等。2）MSR6680节点

12、。该节点是由北京交通大学设计的,它基于IPv6网络通信协议,微处理器模块围绕AtmegaI28L单片机为主控核心来设计,无线传输模块以CC2420射频芯片为通信中枢。该节点还集成了 National emieonduetor公司的生产的LM60温度传感器,在电源模块的设计上选择DC直流屯压供电和干电池供电两种选择,并加入了电能检功能。1.3 课题研究内容本设计是基于上述背景下提出的，该自然保护区监测系统采用无线传感网络技术采集与转发数据，嵌入式系统作为主控端与数据存储端，Linux系统作为服务器的设计，然后通过网关与外部网络进行交互，具有操作简单、成本低、功能强大、系统稳定性好等优点。嵌入式系

13、统普遍适用的特点，使得其在各个领域得以发展和应用。该系统在自然保护区监测系统的应用，将使得其安全管理模式更加系统、更加智能、也更加高效。不仅从根本上提升保护区工作效率，同时也能够减少传统模式对人力资源的浪费，有利于对野生动物的保护。1.4 相关知识概述1.4.1 德州仪器CC2530F256CC2530无线节点采用TI ZigBee SoC射频芯片CC2530F256,片上集成高性能8051内核、ADC、USART等，支持ZigBee协议栈。该模块引出20个可用I/O，用户可使用片上所有资源。节点集成电池盒，直接安装两节5号干电池即可以工作。实现高性价比、高集成度的ZigBee解决方案。1.4

14、.2 ZigBeeZigBee（也称紫蜂）是一种低速短距离传输的无线网络协议，底层是采用 IEEE 802.15.4 标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网络节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。1.4.3 SQLiteSQLite是遵守ACID的关系数据库管理系统，它包含在一个相对小的C程序库中。不像常见的客户端/服务器结构范例，SQLite引擎不是个程序与之通信的独立进程，而是链接到程序中成为它的一个主要部分。所以主要的通信协议是在编程语言内的直接API调用。这在消耗总量、延迟时间和整体简单性上有积极的作用。整个数据库（定义、表、索引和数据本

15、身）都存储在主机端上单一个文件中。此种简洁的设计是通过写入时锁定整个数据文件而完成的。Sqlite作为开源嵌入式数据库，具有系统开销小，检索效率高的特性，嵌入式数数据库的身影。据库无须独立运行的数据库引擎，它是由程序直接调用相应的API去实现对数据的存取操作。1.4.4 ARM处理器ARM架构，过去称作高级精简指令集机器（Advanced RISC Machine，更早称作：Acorn RISC Machine），是一个32位精简指令集（RISC）处理器架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点，ARM处理器非常适用于移动通信领域，符合其主要设计目标为低成本、高性能、低耗电的特性。

16、采用CISC与RISC的体系结构，RISC体系结构特点：采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有23种；使用单周期指令，便于流水线操作执行；大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率等特点。1.4.5 LAMPLinux+Apache+Mysql/MariaDB+Perl/PHP/Python一组常用来搭建动态网站或者服务器的开源软件，本身都是各自独立的程序，但是因为常被放在一起使用，拥有了越来越高的兼容度，共同组成了一个强大的Web应用程序平台。随着开源潮流的蓬勃发展，开放源代码的LAMP已经与J2EE和.Net商业软

17、件形成三足鼎立之势，并且该软件开发的项目在软件方面的投资成本较低，因此受到整个IT界的关注。从网站的流量上来说，70%以上的访问流量是LAMP来提供的，LAMP是最强大的网站解决方案。7 毕业设计(论文)说明书2 系统分析2.1 可行性研究 2.2.1 技术可行性 目前已掌握的技术：ZigBee无线传感器数据的收发，能够将数据以格式化字符串的形式进行互传，但是在多个ZigBee之间进行组网并将数据有序传回到里监控中心最近的节点上还存在欠缺；Linux高级环境编程中能够创建并管理好多线程服务程序、熟练运用socket编程的协议与其它使用相同协议的程序进行数据的传输；sqlite嵌入型数据库，能熟

18、练使用该数据库的增、删、改、查操作，以及C API对数据库的操作；html语言和php语言虽然还处于初学者阶段但能制作相应的管理界面，能搭建LAMP服务器实现从网页上进行访问的功能，能保证系统的正常运行。目前具备的设备包括一套MINI2440开发板，CC2530 ZigBee模块开发套件包括：若干ZigBee设备，板载集成温湿度传感器设备，以及烟感与红外感应传感器若干，虚拟机Ubuntu已经搭载好LAMP环境以及编译开发板的集成环境。该项目计划用时为三个月，能在规定的时限内提前完成项目代码的编写，并进行系统的可用性以及安全性测试。综上所述，该项目在技术上是可行的。 2.2.2 经济可行性对于开

19、发者而言，由于Zigbee模块的低成本，可适应无线传感网络节点的大规模数量，服务器搭载Linux操作系统，效率高、安全性高，管理控制模块嵌入式设备功能强大。系统编写过程中可利用网络获得较好的技术帮助，代码的可重用性很强，因为目前我国对野生动物保护比较重视，需求量相应会比较大，所以对于开发者而言比较容易获益。对于保护区而言，目前主要采用人工管理，浪费很大人力、物力，给管理也带来很大的不便，并且由于监管不利，猎杀现象普遍存在。如果使用本 能够全面、有效、及时的反馈实时信息，通过产生情况的不同做出有效信息反馈，并可根据设定好的决策做出应急措施，可大大降低保护的成本，提升保护的全面性。例如：每年几乎都

20、会发生多起森林火灾，是很多濒危的物种葬身火海，甚至是灭绝，主要原因就是由于信息获取不及时，无法获取着火点位置及救火时的现场情况。本系统可以监测空气的温湿度，以及可燃性气体的浓度，及时提醒管理人员，提高警惕性，并做好预防措施。通过本系统可大大降低国家开支，因此在经济方面对于保护区而言是可行的。2.2.3 操作可行性ZigBee设备安放本项目针对保护区工作人员，有良好的用户交互界面，可以通过网页的相应选项查看信息,在设置设备状态时需要指定区域、设备类型、设备编号和相应状态，这些可在用户手册和现场设备布置规范中找到对区域、类型以及设备编号信息，所以操作比较方便、快捷，能适用于大部分人群，即使无计算机

21、操作基础仍然可以完成所需要的功能，可操作性强。如果系统出现Bug的话可以通过远程控制的方式进行部分修改，并帮助现场人员解决部分存在的问题。 2.2 需求分析2.3.1 用户对功能需求保护区对智能保护系统的功能需求主要体现在数据收集的全面性与准确性、及时的做出反馈，用户要求传感器接收的数据存储在主控程序的数据库中，传输以socket编程进行传输，采用的协议为TCP/IP协议，并且以覆盖的方式存储，即数据库达到一定空间后，后来的数据将覆盖最早的数据；远红外拍摄采用同样的数据存储方式，存储空间为1T，采用24小时监控的方法，监控中心显示并存储数据，数据传输采用3G或者Wi-Fi；用户界面显示的信息存

22、储在服务器上，并按日期进行排序，平时需要生成周报表、月报表、季度报表和年报表，最多要求存储时间为两年方便数据的比对分析，同样采用socket编程进行数据传输，使用TCP/IP协议。2.3.2 性能需求温湿度采集每1min一次精确到1-2s；温度精确到2-3摄氏度；红外感应、摄像头以及烟感的发生情况时及时响应；红外监控24小时进行监控；用户界面及时相应信息并保证信息的准确性。2.3.3 可靠性和可用性需求针对系统的可用性分析：该系统设计能在规定的条件和规定的时刻内执行规定功能状态，例如可设置传感器设备的状态工作值按用户的要求进行相应的工作；该系统具有很高的可用性能帮助用户快速获取信息并协助处理，

23、提高用户的工作效率并且节约成本；该系统可维修性及可维护性比较高，因为传感器成本较低可随时增加或减少传感器的数量，系统程序开源可进行修改。针对系统的可靠性分析：该系统能在规定的条件下、在规定的时间内完成用户指定的功能，具有很好的可靠性，后期也会进行相应的维护和版本的升级使系统更能符合实际应用的环境。2.3.4 接口需求硬件接口：普通PC的波特率达到115200，所以PC与数据采集模块选择波特率为115200，传输速率达到112.5 kb/s满足系统最大需求，采用RS-232接口；根据模块集成接口，控制系统与信息采集模块同样采用RS-232进行数据传输；用户界面需要通过网络与主控程序通信，采用RJ

24、45网络接口，方便以网络协议的方式进行安全快速的传输。软件接口：描述该软件产品与其它外部组件的连接，这些外部组件必须明确它们的名称和版本号以资别，可能的外部组件包括，Linux操作系统Ubuntu 11.02内核版本2.6.32稳定开发板，MySQL数据库采用版本5.1.52，Sqlite3采用的版本号为3.4，Apache采用版本号2.2.15，php采用版本号5.4.28，C语言标准库等。2.3.5 安全性需求本产品的控制系统和主机的连接是通过专线的网络进行通信的，采用TCP/IP协议，不连接Internet网络，同时采用系统安全性很高的Linux操作安全级别很高；通过专线网络访问系统是设

25、置密码，需要进行两次密码检查，网页与服务器之间用户数据库、嵌入式系统的数据库，监测通过才能登录系统，同时设置用户权限级别，根据不同的级别获得不同的权限。2.3 系统说明综上对本系统进行说明：本系统使用MINI2440开发板，采用S3C2440作为核心处理器芯片，TI公司CC530作为信息采集模块的核心芯片，实现传感器信息的采集与传输。通过嵌入Linux 系统的各个集成的硬件环境，实现socket数据传输、复杂线程数据处理、嵌入数据库存储大量数据的功能。毕业设计(论文)说明书3 总体设计3.1 硬件系统 3.1.1 数据采集模块硬件的选型选择数据无线通信设备：nRF24L01是由NORDIC生产

26、的工作在ISM 频段的单片无线收发器芯片，虽然其价格低廉，数据传输速率高，低功耗，满足多点通讯和调频需要，适合多种MCU连接等的特点，但因数据包较小不能满足长字符串的传输，因该芯片不带有协议栈，不能确保数据正确的发送，并且不能实现组网的功能；3G或者WiFi对虽然满足很多条件，但其数据的传输需要一定的硬件设备，例如：无线发射塔，无线路由，以及网线的搭建，相对成本会比较高，对于自然保护区来说是很难实现的；GPRS具有高精度定位，布点灵活，适应性强等特点，但应其价格偏贵，市场比较复杂，使用相对比较麻烦等；Bluetooth是一种支持短距离通信的无线通信技术，在很多移动设备中广泛使用，数据传输速率快

27、，支持点对点，点对多点通信，但是其耗电量比较大。综上本系统采用使用ZigBee协议的CC2530，采用原因：低功耗，传输速率低，消耗的能量低，大部分Zigbee设备都工作在睡眠状态，有数据要发送或到达时，开始工作；时延短，其搜索节点并组建网络以及从睡眠状态转换到正常工作状态耗时少；网络容量大，单个的Zigbee网络系统可以由多达65535个无线射频模块组成；可靠，数据传输时，数据的发送和接收附带确认信息，在没有接收到确认信息之前不会进行下一次数据的收发，若传输出现故障支持数据重发；安全，Zigbee技术主要通过加密算法、对数据包设置循环冗余校验和认证等来提高其数据在收发过程中的安全性。目前市场

28、CC2530有很多复杂产品，在价格和性能上千差万别，基于性49 I山东科技大学泰山科技学院毕业设计(论文)说明书价比的考虑选择ES technology开发的一套基于CC2530的Zigbee开发平台。该开发平台可以由CC2530仿真器/调试器(SmarRF04EB)通过USB接口直接连接到电脑，具有代码高速下载，在线调试DEBUG，硬件断点，单步，变量观察，寄存器观察等全部C51源水平调试的功能，并且其操作比较简单，可以连接多种类型传感器。3.1.2 该系统传感器选型1）温湿度传感器选型注意的事项：考虑测量范围，测量精度，时漂和温漂以及环境因素等，初此之外还要考虑性价比。比较市场上的传感器型

29、号：一体化常见的是SHT11、DHT11之类，单独的温湿度传感器DS18B20,NTC,PT100等。本系统为便于数据的采集传输，采用一体化式传感器，又因DHT11数据传输速率相对优于SHT11，且数据格式容易计算，价格相对便宜，所以选用DHT11。DHT11型号主要性能参数如表3.1所示，DHT11含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保其具有极高的可靠性与长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。表3.1 温湿度传感器的主要性能参数型号测量范围测湿精度测温精度采样周期供电电压DHT1

30、120-90%RH-25-50 5%RH0.21s3-5.5V2）烟雾传感器型号选择，市场有关烟感传感器型号比较少，大多都是集成的烟雾传感报警器产品，根据市场情况选择MQ-2烟感传感器。MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换毕业设计(论文)说明书为与该气体浓度对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。所以非常适合本系统的使用。3）目前市场上使用的人体感应型号为：YCHW208，

31、HC-SR501，GH-718 等型号，比较不同型号的总体性能包括灵敏度、工作环境要求、价格等，选择HC-SR501人体感应模块，HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备。功能特点：全自动感应，当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平；两种触发方式，L不可重复，H可重复；具有感应封锁时间；微功耗，输出高电平信号。3.1.3 数据处理模块选型目前市场上主流的嵌入式产品型号：飞凌OK6410采用三星S3C6410开发板；友善之臂MINI2440采用三星S3C

32、6410开发板；博创2410采用S3C2410开发板。目前市场嵌入式产品型号越来越多，大多为ARM11，但设计本系统ARM9架构完全能够完成，且本系统不需要显示屏显示，因为S3C2410体积较大，安放不方便，应用到实际环境中存在一定的问题，所以选用ARM9架构的MINI2440开发板。Mini2440采用Samsung S3C2440为微处理器，并采用稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行时的稳定性。MINI2440开发板部分硬件资源特性：CPU处理器，Samsung S3C2440A，主频400MHz；SDRAM内存，板载64M SDRAM， 32bit数据总线 ；FLASH存储，

33、在板256M/1GB Nand Flash, 掉电非易失；板载2M Nor Flash，掉电非易失等。3.1.4 无线传输模块选型系统中传感器需要放置在自然保护区中，位置相对随意，并且范围比较广，数据交互性强，同时要求数据及时传输到监控中心并且保证数据的准确性，经过查找资料确定选用技术相对比较成熟的无线传感网络（Wireless Sensor Network,简称WSN），其体系结构如图3.1所示，它是将传感器节点和一个网关节点随机部署在监测区域内，传感器节点之间及其与网关节点之间以自组织的方式构成无线传感器网络系统，这个无线网络系统再通过与监控中心相连，从而构成一个完整的无线传感器网络系统。

34、图3.1 无线传感器网络结构示意图该系统中使用到的传感器节点结构图如图3.2所示，其主要由数据采集模块、数据处理和传输模块包括供电模块。数据采集模块采集相关的环境信息包括温湿度、烟雾浓度、光照强度等；数据处理与传输模块需对采集到的数据进行解析、冗余处理等，然后基于ZigBee无线传输到其他传感器节点或主控设备；供电模块主要为各个模块提供充足的电力。图3.2 传感器节点结构示意图无线传感器网络是一种面向应用的网络，通过固定的通信协议进行数据通信。无线传感器由节点构成，节点部署在感知区域内用来获取相关数据信息，所以其节点一方面会和不同的感知区域有关，同时也和不同的感知物理量相关。不同的感知区域代表

35、不同的物理环境、同时不同的物理环境的种类也是多种多样，这样在网络系统设计时根据不同的场合和所感知的物理量选择不同的传感器。网络以数据为中心无线传感器网络是以节点数据为中心的网络系统。传感器网络是由大量的节点通过自组织而构成的网络，节点之间通过其节点编号来确定通信过程。又由于节点的随机性，节点的编号与网络的形成是不固定的，他们之间也不存在必然联系。3.2 软件系统3.2.1 数据处理模块软件环境需求 选择Ubuntu 11.04作为开发环境，因其内核版本比较稳定，适合做嵌入式相关的开发，开发前需要安装嵌入式系统交叉编译，可使编译好的可执行文件在开发板运行；在Ubuntu系统中安装sqlite数据

36、库，以便在烧写开发板前对系统进行测试；安装minicom，可以通过串口控制外部的硬件设备，实现与开发板进行通信，执行主控程序。3.2.2 开发板环境的配置需求Uboot是用于多种嵌入式CPU的bootloader的程序，Uboot不仅仅支持嵌入式Linux还支持其它很多嵌入式系统如：NetBSD、LynxOS等。本系统针对uboot所做的修改：（移植版本为uboot-2008.10）,添加S3C2440的相关代码使uboot支持S3C3440。zImage为Linux内核镜像文件，将开发板以nor flash启动利用指令和DNW程序将zImage烧写到Nand flash区以启动Linux系统

37、，并且烧写文件系统到开发板，完成嵌入式开发板环境搭建。虚拟机可通过nfs共享文件的方式将文件挂载到嵌入式系统上，对文件相互之间传输提供方便。3.2.2 用户交互界面LAMP服务器通信介绍本系统需要通过专线网络进行访问，需要搭建服务器，目前LAMP是使用最为广泛的服务器架构。LAMP（Linux- Apache-MySQL-PHP）框架包括：Linux操作系统，Apache网络服务器，MySQL数据库，PHP编程语言。LAMP具有Web资源丰富、轻量、快速开发、跨平台、高性能、低价格的优势，因此LAMP适宜本系统的应用开发。 3.2.3 数据库选型目前Linux环境搭配的主流的数据库主要有：my

38、sql、oracle和sqlite，mysql和oracle企业版存在收费的问题，因本系统中对较大数据的存储不作要求，所以选择Sqlite数据库，且sqlite为轻型数据库在嵌入式系统中已经得到广泛的应用和认可。Sqlite数据库安装十分方便，到官网下载安装包，解压到相应的目录下，修改环境变量PATH包含/sqlite_arm/bin目录,LD_LIBRARY_PATH包含/sqlite_arm/lib目录即可在编译中使用。嵌入式数据库与其它数据库产品的区别是，前者是程序驱动式, 而后者是引擎响应式。嵌入式数据库的一个很重要的特点是体积非常小，同时，很多嵌入式数据库在性能上也优于其它数据库，所

39、以在高性能的应用上也常见嵌入式Sqlite实现了完备的、可嵌入的、零配置的SQL数据库引擎。它的特点主要包括：API简单、易用；事务处理是原子的、一致的、独立的和持久的（ACID），即使在系统崩溃和掉电以后；零配置，即不需要设置和管理；一个单独的跨平台的磁盘文件存储一个完整的数据库；代码量小；对于绝大多数普通操作来说，比流行的C/S 模式的数据库引擎运行速度快等。4 详细设计4.1 系统整体设计介绍本系统以嵌入式ARM9为开发平台，CC2530为数据采集模块，LAMP服务器为客服端，实现面向野生动物保护的无线传感器网络监测节点。开发该系统的目的是实现自然保护区数据的有效采集与反馈，方便保护区工

40、作人员的管理。整体方面结构图如图4.1所示， 图4.1 系统整体设计数据采集模块(易思CC2530)：Zigbee无线传感器设备，包括温/湿度传感器、烟感传感器、远红外传感器、摄像头设备等，收集自然保护区内的环境信息通过Zigbee节点间的无线传输功能，将数据传送给主控程序进行处理，同时接收主控程序的反馈信息，例如：设置添加/删除设备，管理设备的运行状态，以及收集数据等；数据处理与设备管理(MINI2440)：主要负责数据的处理包括数据的入sqlite数据库操作、对数据的逐步分析获取有用信息、接收client客户端的指令并执行相应的操作，结果以html语言反馈存储；客户端查看（LAMP）以cl

41、ient客户端运行相关指令，并将反馈信息保存，并可通过LAMP进行网络上的访问。业务实现流程：sqlite数据库创建，规定数据库每个表的数据格式，并创建用户表；主控程序详细设计，根据规定的数据格式对命令解析并进行相应的操作；信息采集模块，将数据以格式化的形式进行传输设计；客户毕业设计(论文)说明书端程序设计，制作登录页面与管理界面。4.2 Sqlite数据库模块设计数据的流向为：主控程序通过串口接收来自数据采集模块和用户传输数据，对格式化数据进行处理后，主控程序利用C API执行sql语句进行数据库操作。系统中所用到的数据库的操作：Sqlite数据库主要用于存储用户的有效信息，进行系统的管理与

42、登录，保存设备的相关信息，对不同区域的设备进行组网并编号，将操作的历史记录存储在数据库中，方便查阅。本系统不同数据的格式化存储结构规定如下：1） 用户表：usr内容：id(text)、passwd(text)、telphone（text）、authority（1表示普通，2表示超级）、name(text)、department(部门text)2） 设备表：devlist内容：type(什么设备integer)、no(设备编号integer)、ieee(text)、live(是否有心跳：0没有，1有）、position(位置integer),other(其他若为温湿度，表示报警温度等text)、

43、status（0关闭设备，1打开，是否打开设备integer）3） 温度设备n的历史：tmpnhis：（每隔半小时记录一次）内容：year month day hour min sec、value4） 操作历史：operatehis内容：year month day hour min sec、act、info(信息)、id(记录哪个用户的操作)5） 警报信息：warnhis 内容：year month day hour min sec 、priority(优先级)(0最高)、position（位置）、type（类型）、info(信息)。除用户表及设备表外若其它表的超过一定的大小后会采用数据覆盖

44、的形式存储最新的数据；只有管理员用户才能查看、修该用户表的信息；用户只能查看设备表的信息而不能去修改，只有管理员执行修改操作。数据库的增、删、改、查均使用C函数API配合sql语句实现。系统中数据库使用设计如下图4.2所示：图4.2 系统中数据库使用设计4.3 数据处理与设备管理主程序的设计主程序主要以MINI2440设备为载体，实现对指令的解析执行规定的处理方式，并分别与无线传感模块和用户交互模块通过Socket进行数据的交互接口的实现。设计数据流向：从客户端传来的数据，在主控中创建进程解析并执行相应的命令，通过命令去对数据库或对设备进行操作，设备将结果传给主控程序并反馈给用户；相同的，处理

45、模块获取的信息流向主控程序进行处理，并反馈给用户。MINI2440与无线传感模块之间进行通信：Uart串口完成数据的收发，收到的数据格式按设备类型的不同为规定如下格式：开关量，摄像探头：D TYPE NO IEEE STATUS(0表示关闭，1表示打开)；报警设备：D TYPE NO IEEE STATUS(0表示正常，1表示报警)；温湿度： D TYPE NO IEEE TMP；烟感以及人体感应传感器无需设置，可燃气体浓度超标时电导率变大电流增大触发报警装置，同样当有人或动物靠近时触发报警。MINI2440与客户端程序的套接字传输，客服端按服务器与设备模块的命令格式输入相应的指令，通过客户端

46、收集用户输入信息以字符串的形式通过socket传送给服务器程序，同时服务器程序将反馈数据，以相同的传输方式，并加上html语言格式进行封装，最后在主界面调用，以网页的形式反馈给用户。系统中数据处理与设备管理设计如图4.3所示：图4.3 系统中数据处理与设备管理设计 4.4 数据区域采集与UART传输程序设计数据区域采集与数据传输模块数据流向，采集传感器的信息将信息进行字符串封装通过无线传感网络传输到离监控中心最近的设备，并通过串口传给主控程序,从主控程序获取指令字符串通过ZigBee程序在无线传感网中传输并解析反馈给相关设备。同样采集的数据同样以格式化字符串的形式进行传输规定格式如下：开关量，

47、摄像探头：S TYPE NO STATUS(0表示关闭，1表示打开)；温湿度： S TYPE NO VAlUE。以下介绍不同型号传感器数据发送与解析过程：1） DHT11数字温湿度传感器，数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和，数据传送正确时校验和数据等于数据前32bit所得结果的末8bit；发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。2） MQ-2烟雾气敏传感器，具备两个端口DO小板数字开关输出接口（0和1）、AO小板模拟量输出接口当测量浓度大于设定浓度时，单片机P20口输出低电平。3） SR501人体感应传感器，当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。同样，主程序数