1．目的及意义
课题的目的是通过研究无线传感网络与远程GSM网络的关键技术，总结和设计出一种基于云平台的智能环保箱系统构架，该系统具有结构简单、组网容易、节约环保、用户使用方便的特点，对当今城市垃圾管理与处理混乱的现状有比较重要的理论意义和使用价值。本论文主要侧重于完成智能环保箱系统的软件设计。
随着中国城市化的发展，对传统大型城市的和新型城镇化地区提出了新的挑战。一方面，交通拥堵、资源浪费、环境污染、各部门管理难以统筹协调成了亟待解决的问题；另一方面，随着经济的发展和市民生活水平的提高，对城市管理水平和服务水平提出了更高的要求。新一代信息技术的兴起——物联网，为这一现状提供了新的解决思路，即智能城市。智能城市旨在提高城市信息化水平，是以海量数据为基础，智能数据管理技术为核心，创新科技为解决手段的综合信息处理服务。
WSN（无线传感器网络）技术作为物联网的神经末梢，承担了城市海量数据搜集与传输的任务。它硬件上通过各类高度集成的微型传感器密切合作，实时监控、感知和采集各种环境或检测对象的信息，软件上通过GSM网络搭建无线传输系统，将信息传送至用户终端，从而实现物理世界、计算机世界及人类社会的连通。
无线传感网络的研究起始于20世纪90年代末期。由于无线传感网络的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界 的极大关注。从2000年起，国际上开始出现一些有关无线传感网络的研究报道，美国自然科学基金委员会2003年制定了传感网络研究计划，支持相关基础理论的研究。美国国防部和各军事部门也开展了一系列军事无线传感网络方面的研究工作。
目前无线传感器网络的应用主要集中在环境的监测和保护、医疗护理、军事等其它领域。对于环境监测与环保领域，随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。本文旨在以城市智能环保箱为切入点，通过WSN（无线传感器网络）技术，实现环保箱状态实时监控系统。以传感器为数据收集前端，通过嵌入式系统将收集的物理信息转换为数字信号，并与环保箱的定位信息匹配，发送给云端服务器，同时环保人员手中的智能终端可以实时查看城市各处环保箱数据，以便及时采取相应措施。通过此方式，优化了环保管理结构，减轻了工作人员的负担，极大地提高了环保工作的效率和危险处理速度。
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2. 研究的基本内容与方案

{title}2.1研究目标
完成基于WSN和GSM的城市垃圾智能环保箱的软件部分设计，与硬件系统实现联调，实现系统的基本功能。
2.2研究内容
本文整体通过无线传感网络技术，实现环保信息的收集处理传输和反馈功能。硬件上以多组传感器组合为信息采集系统：压力传感器检测垃圾箱的装载程度，温度和红外传感器结合检测垃圾箱内是否有物体燃烧，并安装定位芯片，结合嵌入式系统，完成数据的收集和传输。软件部分，实现从传感器到片内系统的数据传输，通过GSM模块将信息发送至云端，运用JAVA设计手机APP，在云端服务器实时下载更新数据，以完成环保箱数据的实时监控。
2.3本课题包含的关键技术
2.3.1无线传感网络体系
(1)传感器节点体系结构：传感器节点由处理器(由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器 、嵌入式操作系统等)、无线电接收装置、传感器 、AD转换接口和能源供应子系统组成。各模块 相互协作以完成一项共同的任务。
(2)网络体系结构：传感器节点通过飞机撒播、人工布置等方式大量部署在感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线传感网络以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信可以实现对任意地点信息在任意时间的采集、处理和分析并以多跳中继方式将数据传回节点汇聚节点，节点的发射能力较强 具有较高的电能可以将整个区域内的数据传送到远程控制中心进行集中处理。一个典型的传感器网络的体系结构包括传感器节点、节点、互联网和用户界面等。
2.3.2 GSM网络体系结构及构成
GSM数字移动通信系统由移动交换子系统（MSS）和基站子系统（BSS）两大部分组成
基站子系统（BBS）：BSS包括基站控制器（BSC）和基站收发信设备（BTS）一个BSC控制多个BTS，一般情况下一个BSC的管辖区为一个位置区。
移动交换子系统（MSS）：MSS包括移动业务交换中心（MSC）、归属用户位置寄存器（HLR）、访问用户位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备识别寄存器（EIR）等。

2.4 拟采用的研究方法及技术路线

图2.1 系统结构图

系统结构如图2.1,该智能环保箱监控系统架构分为三部分:一是传感器节点，内部包含压力传感器、红外传感器、定位芯片、片上系统等；二是网络接入设备，包含路由器、网关、GSM通信模块等；三是云平台与用户终端等远程监控部分。传感器节点中的传感器与控制器有线连接，控制器将采集到的信息（包括定位信息）通过通信模块将数据发送到网络接入设备，网络接入设备中的路由器、网关等用于搭建云平台与前端的通道，从而使用户能够通过手机终端访问云平台获取信息并及时处理。本论文主要完成系统的软件设计。
传感器节点软件设计：
选择合适的传感器、数据采集模块与片上系统。片上系统MCU选取增强型51内核嵌入式C8051F340，考虑到开发时间与效率，本软件开发选用Keil Software公司推出的Keil uvision5,开发语言为C语言。数据采集模块采用DS18B20数字芯片。MCU可以根据DS18B20的指令集实现MCU对压力、温度等指数的读取。
串口通信软件设计：
MCU的串口主要和GSM模块M660的串口进行通信。C8051F340具有两个支持全双工异步通信串口（UART），串口通信程序主要完成串口通信流程设置和数据协议帧设计。M660收到云端服务器传来的数据采集命令后，建立TCP/IP连接，以串口帧的格式发送数据给MCU；MCU接收到命令帧后检测命令有效性进行相应的数据采集操作；操作完成后将采集的数据封装成符合串口帧格式的数据，通过串口将数据传输给M660。M660通过检验数据有效性后将数据传输给云端服务器。
云平台的软件设计：
选用国内数据安全性好、成本较低的阿里云平台。采用了其提供的云服务器和开放存储服务，共同构成监控系统所使用的云平台。网络接入设备通过TCP/IP协议与云平台建立通信连接，利用Socket接口实现数据的接收、发送，使用C#编写服务器接发程序；云平台需要数据库提供功能支持，采用SOL数据库完成该设计。
用户终端软件设计:
通过对Android平台APP的设计，使用户能在远程实时查看垃圾箱的状况。主要实现软件的界面UI设计与功能控制设计。APP结构采用面向对象结构标准的MVC框架即模型—视图—控制器模式。模型存放每个垃圾箱的状态属性，将此与云平台数据库中数据实时匹配，包括装载情况、有无燃烧与位置等，视图为APP的各个界面，控制器则负责模型里状态更新。同时设计用户登录系统。开发语言为JAVA。

3. 参考文献
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