江蘇省科技計劃項目申報書基于傳感網(wǎng)的溫室農作物生長測控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1、計劃類別： 科技支撐計劃農業(yè) 指南代碼： 2006 申報id號： 江蘇省科技計劃項目申報書( 科技支撐計劃 )項目名稱： 基于傳感網(wǎng)的溫室農作物生長測控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 承擔單位： 淮安信息職業(yè)技術學院 所在地區(qū)： 淮安市高教園區(qū) 單位地址：大學城枚乘東路3號 郵編： 項目負責人： 王威 電話： 主管部門： 科研產業(yè)處 申報日期： 2011 年 3 月 6 日江蘇省科學技術廳二一一年 一、立項依據(jù)1、本項目國內外科技創(chuàng)新發(fā)展概況和最新發(fā)展趨勢現(xiàn)代農業(yè)正在朝著智能化、精準化和集約化的方向發(fā)展，它摒棄了粗獷型的增長模式，給國家和地區(qū)，尤其是經(jīng)濟落后地區(qū)，帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，同時帶動了區(qū)

2、域經(jīng)濟的發(fā)展。如何方便、有效地對溫室農作物的生長參數(shù)進行監(jiān)測和控制，如何提高農業(yè)生產的信息化水平是目前設施農業(yè)、智能農業(yè)研究的重點。國內外都進行深入細致的研究,特別是發(fā)達國家在這方面應用相當廣泛,下面就國內外該領域的科技創(chuàng)新發(fā)展概況與發(fā)展趨勢加以闡述:（1）國外科技創(chuàng)新發(fā)展概況自20世紀70年代以來，國外溫室農業(yè)發(fā)達國家在溫室環(huán)境配套工程技術方面也進行了大量研究，并取得了一些技術成果。以荷蘭為代表的歐美國家溫室園藝規(guī)模大、自動化程度高、生產效率高，溫室農業(yè)主體沒備溫室內的光、水、氣、肥等均實現(xiàn)了智能化控制；以色列的現(xiàn)代化溫室可根據(jù)作物對環(huán)境的不同要求，通過計算機對內部環(huán)境進行自動監(jiān)測和調控，實

3、現(xiàn)溫室作物全天候、周年性的高效生產；美國、日本等國還推出了代表當今世界最先進水平的全封閉式生產體系，即應用人工補充光照、采用網(wǎng)絡通訊技術和視頻技術進行溫室環(huán)境的遠程控制與診斷、由機械人或機械手進行移栽作業(yè)的“植物工廠”，大大提高了勞動生產率和產品產出率。具體應用比如：英國無線系統(tǒng)公司開發(fā)的一系列的無線通訊設備，如適于分布廣泛的花園溫室或儲藏室的無線的霜凍和入侵警報系統(tǒng)、便攜的無線電視系統(tǒng)、遠程無線灑水系統(tǒng)、加熱和通風控制系統(tǒng)等等；希臘loukfarm公司開發(fā)的溫室控制單元系統(tǒng)由計算機、氣象站和營養(yǎng)液控制系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)與裝有控制軟件的計算機相連，可以 進行數(shù)據(jù)采集和處理，還可以 進行遠程控制；

4、美國green air公司生產的ghc100模型6溫室控制器具有全方位的控制能力，可實現(xiàn)從簡單的低成本通風控制到全方位的溫室控制，為植物提供最優(yōu)的生長環(huán)境。國外溫室農業(yè)智能化發(fā)展的方向是：內部環(huán)境因素(如溫度、濕度、光照、co2濃度等)的調控由過去單因素控制向利用環(huán)境計算機多因子動態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)展；溫室環(huán)境控制和作物栽培管理向智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展，即將計算機技術作為一種手段，融于各類技術之中，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動監(jiān)測與集中控制。（2）國內相關技術發(fā)展現(xiàn)狀當前，我國的溫室農業(yè)發(fā)展正在朝著智能化、精準化、信息化邁進，一些研究和試驗正在緊密、有序地開展。國內有關科研院所在溫室環(huán)境管理系統(tǒng)、栽培模式、溫

5、室降溫、補光、除濕和增施co2，等方面也展開了卓有成效的研究工作，初步形成了具有中國特色的現(xiàn)代化設施農業(yè)技術體系。如北京市農業(yè)機械研究所研發(fā)了具有中國特色的節(jié)能日光溫室及適應于不同領域的新型系列溫室、現(xiàn)代化溫室環(huán)境智能控制系統(tǒng)等設施設備；國家農業(yè)信息技術研究中心進行了溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)的研究開發(fā)。以上是我國在溫室農業(yè)下所作出的一些成績，但是從總體上來講，我們相距國外的應用、科研水平，離真正的智能農業(yè)的要求還有一定的距離。國內溫室農業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀是：環(huán)境調控技術與設備落后，智能化程度不高，對于農作物的生長參數(shù)測控缺乏理論基礎與量化指標；絕大多數(shù)園藝智能設施類型過于簡易，因此對環(huán)境的調節(jié)

6、和控制十分有限，因此對農作物的生長測控不夠精細；缺乏與我國相適應的溫室優(yōu)化控制軟件；溫室內的物理模型、作物的生長模型和溫室生產的模型不夠合理。（3）溫室農作物生長測控技術的發(fā)展趨勢隨著技術的發(fā)展，溫室環(huán)境監(jiān)控技術正向智能、精確化、信息化、節(jié)能化等方向發(fā)展，以下三個方面將是溫室農作物生產測控研究的幾個重要方向:作物模型的研究以及作物模型與溫室智能控制的結合作物模型用于描述作物生長發(fā)育情況與作物生長環(huán)境因素之間的關系，作物模型是實現(xiàn)精準農業(yè)的基礎，也是實現(xiàn)自動化農業(yè)生產的關鍵技術。作物模型大致可分為機理模型和經(jīng)驗模型， 溫室控制系統(tǒng)需要建立用環(huán)境參數(shù)描述的作物模型，并與作物的生長模型相結合，根據(jù)作

7、物品種提供相應的控制策略，實現(xiàn)全自動的智能溫室。基于傳感網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡技術作為一種新型網(wǎng)絡技術，以其低功耗、自由組網(wǎng)、低價位等特點，特別適合溫室內空間繁雜、有線布線不方便的應用場合，低廉的價格和維護成本也使得傳感網(wǎng)技術在溫室農業(yè)發(fā)展中的應用更具優(yōu)勢。另外，工業(yè)以太網(wǎng)具有和internet相兼容的結構和協(xié)議，因此通過工業(yè)以太網(wǎng)接入internet將節(jié)省軟硬件的開發(fā)，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性并降低維護成本。隨著電 子技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)功能越來越強大，不但能實現(xiàn)設備控制和通用網(wǎng)絡的功能，而且還能在其內部集成網(wǎng)絡服務器功能。嵌入式系統(tǒng)體積小，價格低，安裝和使用方便，對環(huán)境

8、要求不高，能夠滿足農業(yè)生產的需要。internet和移動通信技術相結合的遠程監(jiān)控系統(tǒng)針對農業(yè)對象的多樣性、地域廣闊、偏僻分散、遠離都市社區(qū)等特點，把internet和移動通信技術引入到溫室遠程監(jiān)控系統(tǒng)，利用internet和移動通信技術來解決溫室遠程監(jiān)控系統(tǒng)的“ 最后一公里” 問題將是一種很好的解決方案，這將會在實際應用中有著長遠的重要的意義，也是今后控制系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。本課題就是以溫室農作物的生長參數(shù)作為測控的主要對象，運用傳感網(wǎng)的技術對作物的生長參數(shù)進行測量、傳輸、存儲、分析和控制的，這是智能農業(yè)中一個重要的運用，也是改變傳統(tǒng)溫室大棚栽種中管理科技含量低、效率低、投入產出比低的一個

9、重要途徑。2、本項目研究的目的、意義（1）研究的目的通過傳感網(wǎng)絡上的各個傳感器監(jiān)測溫室里農作物的各種生長參數(shù)，利用傳感器技術、internet和gprs技術把監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行傳輸、存儲、分析，把分析得到的結論性數(shù)據(jù)用于對農作物的生長環(huán)境參數(shù)進行反向控制、調節(jié)，達到測試分析調節(jié)測試的閉環(huán)控制。在控制過程中，對于常規(guī)的、一般重要性分析結果進行非可控閉環(huán)，即系統(tǒng)自行對環(huán)境參數(shù)進行調節(jié)，而不上報給控制人員進行裁決；而對于那些重要參數(shù)的調節(jié)，或者一些異常的分析結果，則需要首先通知控制人員，在控制人員的控制下完成對作物生長環(huán)境的閉環(huán)控制。在對采集到的數(shù)據(jù)進行分析階段，需要建立溫室的綜合環(huán)境控制模型，最終實現(xiàn)

10、基于經(jīng)濟最優(yōu)的溫室環(huán)境參數(shù)調控和優(yōu)化，為實現(xiàn)溫室的高效、優(yōu)質、高產生產提供科學依據(jù)。同時，開發(fā)溫室農作物生長參數(shù)測控軟件人機平臺，給溫室管理人員提供可視監(jiān)控界面，提高控制數(shù)據(jù)直觀性，保證整個系統(tǒng)良好的可控性。以上所有的研究都是為了達到農業(yè)生產的精細化和智能化，縮短農作物的生長周期、提高農作物的產量，并最終達到提高農民生活水平和帶動蘇北經(jīng)濟發(fā)展的目的。（2）研究的意義經(jīng)濟價值直接經(jīng)濟價值：提高了溫室農作物上周的質量和產量，縮短了生長周期，降低了勞動力成本和科技成本，提高了投入產出比。間接經(jīng)濟價值：提升了溫室大棚種植的精細化、智能化程度，對其溫室大棚生產方式也起到了宣傳推廣作用；另外，規(guī)范、美觀的

11、農業(yè)生產方式也可以帶來農業(yè)觀光的額外分支產業(yè)的發(fā)展。社會價值國家“十二五”規(guī)劃中關于“高效”農業(yè)、“工業(yè)反哺農業(yè)”等指示，大力發(fā)展溫室種植的科技含量，提高投入產出比，達到工業(yè)為農業(yè)服務的目的。響應國家科技規(guī)劃中設立的科技支撐（農業(yè)）項目“設施農業(yè)生長參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)與智能控制技術與設備研發(fā)”，通過技術更新與產業(yè)結構調整，激發(fā)農民勞動的積極性，增加農民收入，促進溫室種植產業(yè)的蓬勃發(fā)展。3、本項目研究現(xiàn)有起點科技水平及已存在的知識產權情況本項目研究現(xiàn)有起點科技水平目前，我院主要以zigbee、bluetooth、wifi、gprs、rfid等無線技術作為無線傳感網(wǎng)的主要研究對象；考慮到功耗問題，嵌入式

12、系統(tǒng)則主要以arv單片機為主要cpu，輔以以arm、mips作為系統(tǒng)cpu；軟件系統(tǒng)方面則主要以linux和vc為主。本項目的建設，將提高蘇北地區(qū)溫室種植的傳感網(wǎng)應用水平，充分體現(xiàn)傳感網(wǎng)系統(tǒng)與實際應用緊密結合的價值?；窗残畔⒓夹g學院作為主要技術承擔單位的基于嵌入式技術瓷絕緣子超聲探傷儀2007年獲省科技廳中小企業(yè)創(chuàng)新資金30萬元；基于嵌入式技術剩余電流保護裝置動作特性測試儀2009年獲省科技廳中小企業(yè)創(chuàng)新資金項目立項，并已公示。有關的主要論文與知識產權情況本項目前期研究成果基于arm核的剩余電流保護裝置動作特性測試儀、基于嵌入式技術瓷絕緣子超聲探傷儀，經(jīng)省科技查新咨詢中心查詢，未見公開報導，本

13、項目專利申請已經(jīng)受理。近三年承擔的主要服務項目、標志性工程 “社區(qū)醫(yī)院居民健康檔案管理系統(tǒng)”是我院和淮安市王營鎮(zhèn)社區(qū)衛(wèi)生院合作的項目。于2008年8月開始調試運行并通過淮安市衛(wèi)生局與科技局聯(lián)合組織的項目驗收，被推薦為省級社區(qū)信息化示范點項目，正擬制在淮安全市社區(qū)醫(yī)院推廣的具體方案。 農村信息化服務項目，為支持社會主義新農村建設，提高社會服務能力，積極響應淮安市政府“十百萬工程”，我院投入巨資，協(xié)助淮安市委、市政府“十鄉(xiāng)百村”實現(xiàn)農村信息化示范點建設；實施“百網(wǎng)工程”，建設一百個特色農業(yè)網(wǎng)站；建立農民信息技能培訓基地，培訓萬民農民成為具備信息技能的新型農民。 我院利用smt貼片中心、數(shù)控加工中心

14、等國家級高技能培訓基地為中小企業(yè)培訓高技能型人才1000多名，同時為當?shù)仄髽I(yè)進行技術改造、新產品研制、小試、產品加工、中試產品生產服務，擴大了服務地方經(jīng)濟的力度。 省“級軟件外包人才實訓平臺“建設，獲省政府項目資金310萬元，已為淮安市軟件企業(yè)培訓外包人才1200余名。 “l(fā)onworks 智能化家居示范工程”建設，2008年12月通過淮安市科技局組織的科技項目驗收。該項目采用lonworks智能測控網(wǎng)絡整合相關智能設備，體現(xiàn)lonworks技術在解決現(xiàn)場設備與設備之間連網(wǎng)通信的互操作性、易操作性和性能上的特殊優(yōu)勢。主要創(chuàng)新點： 解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間彼此孤立的問題；實施并研究echel

15、on公司最新推出的nes(networked energy services)系統(tǒng)，從能源管理的角度研究解決綠色節(jié)能的問題；有效解決了家電上網(wǎng)的問題?！盎?net技術遠程稱重系統(tǒng)控制平臺”建設，2008年12月通過市科技成果鑒定。在江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼有限公司貨運碼頭對4臺大型電子皮帶秤實施遠程控制，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了稱重數(shù)據(jù)的自動記錄和管理，提高了勞動生產率、降低了人員勞動強度。每日新增稱重3000噸，每日提高的效益與減少的損失折算3萬至4萬元，每年經(jīng)濟效益可達1200萬元，2007年、2008兩年新增經(jīng)濟效益達2000萬元。該系統(tǒng)同時在江蘇清拖農業(yè)裝備有限公司電子汽車衡地秤系統(tǒng)中應用，

16、日稱重量達1500噸以上，日稱重量超過4000噸，為企業(yè)提高生產效率與減少跑冒滴漏損失所帶來的經(jīng)濟效益年均達150萬元。淮安信息技術學院作為主要技術承擔單位的基于嵌入式技術瓷絕緣子超聲探傷儀2007年獲省科技廳中小企業(yè)創(chuàng)新資金30萬元，該項目已在淮安蘇達電氣有公司進行試產。淮安信息技術學院作為主要技術承擔單位的基于嵌入式技術剩余電流保護裝置動作特性測試儀2009年獲省科技廳中小企業(yè)創(chuàng)新資金項目立項，并已公示。4、本項目研究國內外競爭情況及產業(yè)化前景本項目研究國內外競爭情況：目前，國外尤其是歐美發(fā)達國家，農業(yè)的溫室種植已經(jīng)達到了相當?shù)闹悄芑途毣潭?，相關的測控系統(tǒng)產品較為豐富，目前傳感網(wǎng)的新

17、式產品也在陸續(xù)上市，競爭較為激烈。反觀我國，由于國情和發(fā)展進程的問題，目前傳感網(wǎng)在我國農業(yè)中，尤其是溫室種植中的應用還出于發(fā)展初期，商用規(guī)模較小、方案較為單一，市場競爭較小，較多解決方案來自于科研院所和國外企業(yè)，國內企業(yè)還沒有真正屬于自己的成熟、占有市場較大份額的產品。本項目的產業(yè)化前景：不管是國家的十一五實施和十二五規(guī)劃情況，都已經(jīng)把設施農業(yè)、智能農業(yè)和精細農業(yè)放到了農業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)上。作為設施農業(yè)和智能農業(yè)的一項關鍵技術，基于傳感網(wǎng)的研發(fā)和運用都有著十分重要的價值和意義；溫室種植業(yè)作為精細農業(yè)中的重點項目，和傳感網(wǎng)的結合將是農業(yè)智能化、產業(yè)化的重要途徑之一。作為成熟的zigbee等無線傳

18、感網(wǎng)技術、嵌入式技術將以較低的技術門檻、廣闊的運用市場，將給傳感網(wǎng)在溫室種植中的運用帶來巨大的產業(yè)化前景。二、研究內容1、具體研究開發(fā)內容和要重點解決的關鍵技術問題無線傳感網(wǎng)的節(jié)點設計以溫室內農作物的生長參數(shù)為測試對象進行節(jié)點設計，對節(jié)點進行傳感器選擇和整合，分別設計子節(jié)點和主節(jié)點。子節(jié)點設計時，需要把收集溫度、濕度、光照、土壤水分、co2濃度、ph值的傳感器和zigbee套片集成到一塊電路板上；主節(jié)點設計時，需要把zigbee套片、cpu、lcd等進行整合，并安裝liunux操作系統(tǒng)。溫室參數(shù)分析專用軟件包開發(fā)根據(jù)溫室內栽培的農作物生長特點和模型，開發(fā)溫室參數(shù)分析專用軟件包，通過對傳感器節(jié)點

19、傳遞過來的作物生長參數(shù)進行分析和優(yōu)化，通過閉環(huán)調節(jié)其生長環(huán)境，促進農作物快速生長。軟件可隨著農作物種類的不斷增加、更新而擴容或更新，可以推廣到整個農業(yè)生產上來。溫室閉環(huán)控制系統(tǒng)的開發(fā)溫室閉環(huán)控制系統(tǒng)對于專用軟件分析出來的結果進行正向或負向調節(jié)，直到作物的生長參數(shù)符合要求。整個閉環(huán)控制系統(tǒng)主要包括電動控制換氣窗口、電動控制日照窗口、電動澆灌系統(tǒng)等。2、項目的特色和創(chuàng)新之處項目特色： 針對蘇北主要以農業(yè)為主要經(jīng)濟的特點，加之目前溫室種植中環(huán)境調控技術與設備落后、智能化程度不高、對于農作物的生長參數(shù)測控缺乏量化指標、智能設施類型過于簡易等諸多問題，本項目采用具有廣闊前景的無線傳感網(wǎng)技術對溫室大棚的種

20、植進行測控研究，一方面提高了農業(yè)的設施化、智能化水平，另一方面在不用付出高昂代價的基礎上提高了產能，提高了農業(yè)精細化的同時也提高了農民的收入，帶動了蘇北的經(jīng)濟發(fā)展。 溫室內種植農作物，空間布實線進行傳感器通訊很不方便，本項目采用zigbee無線技術進行通訊，一方面解決了系統(tǒng)安裝難、布置難的問題，另一方面也達到了節(jié)能、網(wǎng)絡管理簡易和降低投入成本等功能和特點，是一種理想的溫室農作物監(jiān)控系統(tǒng)方案。項目創(chuàng)新之處：以zigbee無線傳感網(wǎng)作為主要技術的溫室作物測控系統(tǒng)，有節(jié)能、網(wǎng)絡布控和擴展方便、易于控制等特點；結合多種成長參數(shù)傳感器，形成完整的測控系統(tǒng)，可以實時對作物生長作出控制、預警。對監(jiān)控參數(shù)進行

21、分析后進行智能控制，對于模型中低級別問題進行自行閉環(huán)控制；對于較大問題或異常問題進行報警。系統(tǒng)中包含閉環(huán)控制的智能執(zhí)行裝置，如開關角度和方向可以受控的日照窗、遮陽網(wǎng)、可以噴淋普通灌溉水和藥水的智能噴淋系統(tǒng)等。3、要達到的主要技術、經(jīng)濟指標及社會、經(jīng)濟效益技術指標建立基于無線傳感網(wǎng)的溫室農作物成長參數(shù)測控系統(tǒng)，系統(tǒng)指標主要有：系統(tǒng)可測控的成長參數(shù)不少于溫度、濕度、光照、土壤水分、co2濃度這基本的五項；測控模型準確，調控效果明顯，農產品產量增幅顯著，增幅在10左右；系統(tǒng)適應性強，穩(wěn)定性好，農民操作難度??；系統(tǒng)待機長，子節(jié)點更換電池時間控制在兩個月以上。社會效益通過技術更新與產業(yè)結構調整，帶動農民

22、科技致富，激發(fā)農民勞動的積極性，增加農民收入，促進溫室種植產業(yè)的蓬勃發(fā)展。經(jīng)濟指標及效益按每個溫室種植農戶10畝溫室大棚投資3萬元計算，本系統(tǒng)可增加農產品畝產量600斤,每斤按3元錢計算,每年可增加農民收入600*10（畝）*3=18000元，另外減少了勞動力投入，按每人每月1000元，1000*2（人）*12=24000元?？梢宰龅揭荒陜瓤墒栈赝顿Y，可謂一次投資，終生受益。三、研究試驗方法、技術路線以及工藝流程1、研究試驗方法采用公司的項目管理方式進行管理，主要分為兩條線進行開發(fā)：一條線是硬件系統(tǒng)開發(fā)；另一條線是軟件開發(fā)，其中包括了對參數(shù)控制模型和參數(shù)閥值的確定。參照大型通訊企業(yè)華為的管理方

23、式，采用“產品設計，軟件先行”的開發(fā)策略，因為在開發(fā)過程中，軟件開發(fā)和調試往往占到了較大的比重和項目周期，所以在硬件原理圖設計的同時，就要開始軟件系統(tǒng)的底層驅動和大小boot的開發(fā)，保證兩條線同時走，省去軟件等待硬件的時間。待硬件回板后即可加載小系統(tǒng)測試，這樣可以最大限度地節(jié)省開發(fā)周期和開發(fā)成本。2、技術路線具體的技術路線可以分為兩條，一條硬件研發(fā)路線；一條軟件研發(fā)路線，其中硬件的技術路線如下圖1所示：圖1 硬件開發(fā)技術路線示意圖具體硬件研發(fā)時的主要技術問題及解決方案： 軟件需要確定cpu的主頻、內部cache的容量、存儲器的大小等資源的最小值，除了滿足以上操作系統(tǒng)必需的資源外，硬件還要綜合考

24、慮各種接口的需求、功耗、成本、體積、升級等諸多問題，包括后續(xù)安裝的便利性對產品形態(tài)的要求。在器件選型這一塊上需要綜合各個方面的需求，實地考察溫室、大棚的實際情況；收集農戶的耕種、安裝、使用意見，做到產品設計從開始就是正確的、有依據(jù)的。設計多傳感器的主、從節(jié)點時，盡量選擇低功耗、多通道的采集芯片，比如采用多通道的a/d轉換器，這樣不但可以減小節(jié)點功耗，還可以減小節(jié)點體積，更適合安裝在作物中間而不影響農作物的生長和維護。 傳感網(wǎng)節(jié)點設計需要充分考慮擴展性和兼容性，根據(jù)不同的作物，方便更換、升級測量傳感器，在原理圖和pcb設計時，盡量選擇可以pin to pin兼容的器件，便于后期升級和拓展。 充分

25、考慮傳感網(wǎng)節(jié)點的使用場景環(huán)境，做好各種可靠性測試，比如作物經(jīng)常澆灌偏堿性或偏酸性肥料，那么在pcb和結構設計時就需要做好防腐蝕設計，如在機殼外涂上鋅層；比如溫室所在地區(qū)雷、雨頻繁，那么在硬件設計時就要考慮到接地和防雷，比如在zigbee天線口加空氣放電管進行避雷、在機殼處的pcb處留出接地點，同時保證強電、弱點的絕對隔離。無線傳感網(wǎng)主節(jié)點的系統(tǒng)功能框圖如圖2所示，子節(jié)點除了沒有cpu、lcd等以外（圖中虛線所示），其他器件基本都保留，這里就不再提供圖示。圖2 傳感網(wǎng)主節(jié)點設計硬件框圖以上是硬件研發(fā)的技術路線描述，下面就軟件技術路線做一個規(guī)劃和闡述。首先，軟件在項目初期需要評估系統(tǒng)資源需求，根據(jù)

26、系統(tǒng)軟件的容量選擇適合主頻的cpu和內存大小等硬件資源；一般linux操作系統(tǒng)，在內核和部分擴展功能使用的情況下，4m flash、16m sdram即可完成主要的功能，就此項目而言，甚至更少即可滿足，待仔細評估后給出具體要求。cpu方面，主要考慮cache級數(shù)和容量、主頻大小、流水線級數(shù)等指標，基本上arm7以上的均可滿足此方案的需求。再者，器件評估完畢后需要進行驅動程序開發(fā)和大小boot開發(fā)，此時硬件同步進行原理圖設計。此階段的關鍵是根據(jù)器件型號、廠家提供的驅動進行修改、對接，保證各個部分的驅動程序都能夠嫁接到linux上，保證整個小系統(tǒng)下的驅動沒有問題。最后需要把各個關鍵端口驅動做到大小

27、boot中去，部分驅動待boot起來后再進行加載，保證小系統(tǒng)能夠正常工作，重要端口能夠進行基本的讀寫操作。此階段完成后，硬件單板回板，軟件人員需要和硬件人員進行聯(lián)合調試，保證單板小系統(tǒng)可以正常運行。驅動、boot完成后是形成系統(tǒng)軟件階段，加入各種應用程序形成一個軟件系統(tǒng)，即一個完整的操作系統(tǒng)。最后是和硬件聯(lián)調，在調試中發(fā)現(xiàn)軟件或者硬件問題，最后形成閉環(huán)改進，通過版本升級或者打補丁的方式進行修改，對于所修改點進行詳細紀錄，保證最后成品版本的正確性。實際的做法是建立一個版本庫，里面不但放置每個版本，同時有更新、更改日志，保證軟件的管理符合軟件工程的要求，從制度上保證軟件的可靠性。軟件技術路線的示意

28、圖如圖3所示。圖3 軟件開發(fā)技術路線示意圖整個項目的開發(fā)工藝流程圖如圖4所示，整個流程圖展開后即可分為兩個主線，一個是硬件研發(fā)工藝流程，另一個是軟件研發(fā)流程。上文已經(jīng)分別闡述了，這里不再贅述。圖4 項目開發(fā)工藝路線示意圖四、工作基礎和條件1、承擔單位概況，擁有知識產權狀況淮安信息職業(yè)技術學院是教育部2006年人才培養(yǎng)水平評估優(yōu)秀的高等院校。以省電子產品裝備制造工程技術研究開發(fā)中心、省物流公用信息技術服務中心、省軟件外包人才培訓基地、市電子信息工程技術研究中心、市新世紀應用技術研究所以及與美國獨資公司北京威世達通信控制技術有限公司聯(lián)合共建的“威世達公司蘇北lonworks技術研發(fā)基地”為基礎，建

29、有7大工業(yè)實訓中心、108個實驗實訓室、102個校外實訓基地，科研設備配套完整，管理水平先進。學院擁有電子類、信息類、機械類正教授20人，副教授、高工153余名，擁有智能信息類科研成果52項，2008年被江蘇省教育廳授予“江蘇省科技工作先進高?！保辉u為“淮安市產學研科技合作先進單位”，2008年相關研發(fā)投入540萬元，2009年初信息技術服務項目已投入資金310萬元。近年來，學院先后承擔了橫向課題59項、市科技項目46項、省科技項目21項，其中有8項成果獲得省、部級科技進步獎；發(fā)明專利權2項，實用新型專利權2項，待批專利3項，與淮安市科技局以及淮安8個縣區(qū)建立了全方位的科技戰(zhàn)略合作關系，積極

30、開展應用技術研究與合作，幫助企業(yè)實施技術改造和新產品研發(fā)，社會服務能力不斷提高，社會服務成效顯著，是淮安及周邊地區(qū)具有重要影響的科技支撐單位之一。2、本項目現(xiàn)有的研究工作基礎目前已經(jīng)完成了節(jié)點的方案設計，等待進一步的設計、驗證。目前研發(fā)設備和部分經(jīng)費已經(jīng)到位。本項目團隊擁有較深厚的產品設計工程經(jīng)驗和學術能力，項目主負責人作為省“青藍工程”學術帶頭人，主持、參與多項省市級項目；參與者有著多年的中興、華為研發(fā)工作經(jīng)驗，具有豐富的實際開發(fā)工程經(jīng)驗，同時也有一定的學術能力，在職期間以第一作者身份發(fā)表12篇專利。在硬件方面，學校有著豐富的研發(fā)設備，與此項目有關的設備主要有：（1）30套交叉開發(fā)環(huán)境交叉開

31、發(fā)環(huán)境是目前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的常用手段，可在一臺pc機上進行軟件的編輯與編譯，由調試通道jtag下載到嵌入式設備中進行運行調試。交叉開發(fā)環(huán)境運行于宿主機上的軟件包括已移植的源代碼、串口調試工具mttty、主板功能評估軟件源代碼，其中編譯器為交叉編譯器。本項目采用arm公司的ads1.2以及南京博芯電子有限公司提供的asix os。（2）25套模擬開發(fā)環(huán)境與評估電路板作為應用目標板制作出來之前的軟件測試、硬件調試的電路板，評估電路板文檔齊全，處理器的常用功能模塊和主要應用都有硬件實現(xiàn)，并有電路原理圖、相關開發(fā)例程和源代碼提供，以供設計應用目標板和應用程序作參考。（3）2套基于sep3203微處理器

32、嵌入式系統(tǒng)的調試平臺嵌入式系統(tǒng)的調試平臺針對sep3203微處理器的特性，利用南京博芯電子技術有限公司提供的嵌入式系統(tǒng)ge01mb開發(fā)裝置，搭建設備所需的液晶屏、觸摸屏、usb通信、外部存儲器（sdram和flash等）。利用sep3203微處理器中的lcd控制器來控制在黑白（彩色）液晶屏上的數(shù)據(jù)以及利用sep3203微處理器的spi通信模塊采集觸摸屏的數(shù)據(jù)；利用sep3203微處理器的usb通信模塊實現(xiàn)通過usb和pc機進行同步以及在檢測儀和pc機之間進行數(shù)據(jù)同步的硬件電路的設計；利用sep3203微處理器的外部存儲器的管理功能來驗證硬件存儲電路的設計，實現(xiàn)系統(tǒng)從nand flash啟動，保

33、存數(shù)據(jù)到flash中或sdram中等。根據(jù)sep3203微處理器的特性設計搭建好硬件電路后，進一步考慮如何在設計好的硬件平臺上實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)的移植，本文采用國家專用集成電路與系統(tǒng)工程技術研究中心自主研究與設計的asic os操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)在硬件平臺上的移植最大的工作量在于與硬件相關的底層代碼的移植，如系統(tǒng)的啟動代碼、各個外設的驅動程序、文件下載到實驗板上的sdram中或者燒錄到flash中、如何調試實驗板的代碼等等。3、項目負責人以往承擔國家、省級等各類科技計劃項目完成情況作為省“青藍工程”學術帶頭人，主持市級項目“基于gis的淮安市警務巡防與管理服務系統(tǒng)的實現(xiàn)”已經(jīng)通過驗收、主

34、持省級項目“基于tms320f28xx的低壓變頻器設計”已基本完成、參與省級項目“基于嵌入式技術瓷絕緣子超聲探傷儀的研制”、“youtop呼叫服務接入系統(tǒng)軟件”。主持橫向課題多項，其中，射頻ic卡考勤系統(tǒng)的設計與開發(fā)、基于可編程外圍芯片psd513的單片機應用系統(tǒng)設計、高校物聯(lián)網(wǎng)“移動支付實驗平臺”等研究成果已在企業(yè)得到應用，產生很好的經(jīng)濟效益。其他獲獎情況：2009年“高職電子類專業(yè)職業(yè)能力訓練體系的改革與實踐”省級教學成果二等獎；2009年江蘇省3g網(wǎng)絡通信技術優(yōu)秀教學團隊第二負責人；2009年江蘇省職業(yè)院校技能大賽先進工作者；2007年“高職電子信息類專業(yè)示范性實訓基地建設探索與實踐”省

35、級一等獎；2005年網(wǎng)絡營銷省精品教材；2004年“可編程外圍芯片psd5xx與單片機68hc11的接口”淮安市第十屆科技論文三等獎。4、項目實施具備的人才隊伍、經(jīng)費配套投入能力及科技服務管理能力本項目實施的主要人員：序號姓名性別年齡專業(yè)學歷職稱單 位1朱祥賢男47電子信息研究生教授淮安信息職業(yè)技術學院2杜文龍男37通信技術研究生講師淮安信息職業(yè)技術學院3王威男32電子信息研究生講師淮安信息職業(yè)技術學院4姜仲秋男48計算機研究生副教授淮信科技有限公司5宗宏森男52電子技術本科高工淮安信息職業(yè)技術學院6高之圣男33電子信息研究生工程師省電子裝備工程中心7楊永男37電子信息研究生講師淮信科技有限公

36、司8盧素鋒男29電子信息研究生工程師淮信科技有限公司9殷 璆男32通信技術本科高工深圳市訊方通信技術公司10張強勝男40電子信息本科高工中國移動淮安分公司11胡 佳男31計算機本科講師中興通訊學院固網(wǎng)部12李天成男33計算機本科工程師淮安市天盛網(wǎng)絡科技公司上表是本項目的主要參與者，其中朱祥賢教授為此項目的項目負責人，其他參與同志為項目參與者。作為項目負責人，朱祥賢為我省“青藍工程”學術帶頭人，主持過多次省、市級項目，如省級項目“基于tms320f28xx的低壓變頻器設計”已基本完成、參與省級項目“基于嵌入式技術瓷絕緣子超聲探傷儀的研制”、“youtop呼叫服務接入系統(tǒng)軟件”，市級項目則更為豐富

37、。朱祥賢有多年的項目開發(fā)經(jīng)驗，積累了一套科學、有效的項目研發(fā)管理流程和機制，可以有效保證研發(fā)進度和質量，同時還借鑒了企業(yè)研發(fā)的有用經(jīng)驗，保證了產品化的質量和效率。杜文龍，作為項目主要參與者，有教更富的項目和課題的經(jīng)驗，主持、參與了多次省、市級項目，同時還有大量的論文和教科書出版，具有豐富的實踐和學術經(jīng)驗。王威，作為項目主要參與者，有著豐富的產品開發(fā)工程經(jīng)驗：3年多的中興通訊和2年多的華為技術硬件研發(fā)經(jīng)驗，產品涉及adsl、wifi、voip等iad終端；pon類產品；二、三層交換機、基于無線傳感網(wǎng)的傳感器等，期間以第一作者發(fā)表專利12篇，有較強的工程研發(fā)和學術能力。其在產品可靠性和研發(fā)管理上有

38、豐富的經(jīng)驗，能夠把大型通訊企業(yè)的產品開發(fā)管理流程和方法運用到項目開發(fā)中來，保證產品的質量和進度，對于后續(xù)的產品社會化推廣和生產都有較強的實踐能力。經(jīng)費配套投入能力項目預計新增總投入150萬元，其中向省科技廳申請30萬元，承擔單位自籌 120萬元。經(jīng)費投入預算(萬元)經(jīng)費支出預算(萬元)來源預算數(shù)科目預算數(shù)省科技廳撥款30設備購置費80主管部門配套能源材料費20銀行貸款試驗外協(xié)費7單位自籌120資料、印刷費2其他租賃費5差旅費5鑒定、驗收費5管理費25其他費用1合計150合計150學院現(xiàn)有的基礎設施與儀器設備如圖所示。其中，與本研發(fā)項目相關設備具體情況如下：（1）30套交叉開發(fā)環(huán)境交叉開發(fā)環(huán)境是

39、目前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的常用手段，可在一臺pc機上進行軟件的編輯與編譯，由調試通道jtag下載到嵌入式設備中進行運行調試。交叉開發(fā)環(huán)境運行于宿主機上的軟件包括已移植的源代碼、串口調試工具mttty、主板功能評估軟件源代碼，其中編譯器為交叉編譯器。本項目采用arm公司的ads1.2以及南京博芯電子有限公司提供的asix os。（2）25套模擬開發(fā)環(huán)境與評估電路板作為應用目標板制作出來之前的軟件測試、硬件調試的電路板，評估電路板文檔齊全，處理器的常用功能模塊和主要應用都有硬件實現(xiàn)，并有電路原理圖、相關開發(fā)例程和源代碼提供，以供設計應用目標板和應用程序作參考。（3）2套基于sep3203微處理器嵌入式系統(tǒng)的調試平臺嵌入式系統(tǒng)的調試平臺針對sep3203微處理器的特性，利用南京博芯電子技術有限公司提供的嵌入式系統(tǒng)ge01mb開發(fā)裝置，搭建設備所需的液晶屏、觸摸屏、usb通信、外部存儲器（sdram和flash等）。利用sep3203微處理器中的lcd控制器來控制在黑白（彩色）液晶屏上的數(shù)據(jù)以及利用sep3203微處理器的spi通信模塊采集觸摸屏的數(shù)據(jù)；利用sep320