基于ARM9的物联网智能网关设计

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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。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Linux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接口、USB接口以及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Linux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语言开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,并根据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一步测试做出了展望。
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