一種基于OpenWrt改進的聲音采集設備和林業(yè)物聯(lián)網應用方案

王燕，戴楊，張雁

一種基于OpenWrt改進的聲音采集設備和林業(yè)物聯(lián)網應用方案

王燕，戴楊，張雁

（西南林業(yè)大學計算機與信息學院，昆明 650224）

為了對高原濕地鳥類進行詳盡和有效的研究，基于物聯(lián)網的概念，實驗、設計一套高原濕地鳥鳴聲采集系統(tǒng)的硬件和基于OpenWrt的遠程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中主要包括以下幾個功能：環(huán)境聲音采集、數(shù)據(jù)無線傳輸、遠程控制。為林業(yè)裝備的開發(fā)及應用提供一種新的思路，和更經濟、快捷、實用的方法。

聲音采集設備；OpenWrt；林業(yè)裝備研究；高原濕地鳥類研究

0 引言

物聯(lián)網技術和傳感器技術近些年飛速發(fā)展，它們的出現(xiàn)給林業(yè)的發(fā)展以及林業(yè)裝備的改進指出了全新的應用領域-各類野外的林業(yè)裝備的無線連接、智能控制，使林業(yè)的裝備更具有智能化，使林業(yè)的經營者、決策者更加方便的低成本地獲得林業(yè)數(shù)據(jù)，使人與自然的交流和溝通更加順暢和方便。

在人們的經濟生活和智能化日漸豐富的今天，基于物聯(lián)網的林業(yè)裝備也漸漸發(fā)展起來。但許多裝備的成本較高，價格昂貴，不能適應林業(yè)的專業(yè)需要，并且技術門檻令林業(yè)人員望而怯步。本文提出一種基于OpenWrt的嵌入式Linux操作系統(tǒng)的智能林業(yè)聲音采集裝置，它可以大大降低開發(fā)成本，提高開發(fā)效率，并可對現(xiàn)有的林業(yè)裝備進行類似思路的智能化改造升級，以實現(xiàn)物聯(lián)網或“云”的功能。

本設計可以作為林業(yè)裝備的基礎物聯(lián)網的智能平臺，可以對該平臺進行合理的自定義擴展，通過對嵌入式Linux進行開發(fā)不同模塊的驅動或內核的驅動，來實現(xiàn)各種智能的功能，使智能林業(yè)的實現(xiàn)成為可能。

1 OpenWrt介紹

OpenWrt是一個用于嵌入式設備的嵌入式GNU/Linux發(fā)行版，具有強大的擴展性。它具備高度模塊化、高度自動化，擁有強大的網絡組件和擴展性，常常被用于工控設備、電話、小型機器人、智能家居、路由器以及VoIP設備中。它對無線路由器的支持友好，同時，它還提供了100多個已編譯好的軟件，而且數(shù)量還在不斷增加。

2 聲音采集模塊

設備的應用場合是鳥類或候鳥的棲息地，如高原濕地自然保護區(qū)、公園內等；系統(tǒng)結構為：現(xiàn)有系統(tǒng)采用專用MP3音頻芯片，在單片機的控制下采集兩個聲道的音頻數(shù)據(jù)，使用芯片自帶的硬件壓縮系統(tǒng)對音頻進行壓縮，并保存入TF卡內。

表1 數(shù)據(jù)采集設備硬件主要參數(shù)

主要構成為：麥克風、聲音信息采集電路、聲音調理電路、聲音壓縮編碼芯片、數(shù)據(jù)存儲設備、主控芯片、時間控制模塊、電源。如下表。

表2 數(shù)據(jù)采集設計各模塊簡介

3 改進的思路

在不影響原有聲音采集模塊功能的情況下，進行快速并低成本的升級，進行改造升級后可實現(xiàn)遠程控制與遠程傳輸數(shù)據(jù)等功能。需要改造的部分：

需要加裝無線通信系統(tǒng)，與聲音采集設備中的語音處理芯片共享TF存儲卡，能讀取該TF卡的數(shù)據(jù)，并支持通過網絡訪問。同時，還能接收服務器發(fā)送的控制指令，對系統(tǒng)進行遠程控制。

需要加裝太陽能采集與控制系統(tǒng)，為該采集系統(tǒng)進行供電。并配合休眠機制，盡可能的節(jié)能，保證系統(tǒng)在無人值守的狀態(tài)下長時間運行。

需要解決系統(tǒng)網絡接入的問題。目前最好的解決方案是通過現(xiàn)有的公網通訊設施，建立VPN通道。將所有的子網歸集于同一個VPN內?？梢越档褪褂秒y度，并且提高數(shù)據(jù)傳輸安全性。

圖1 系統(tǒng)結構

4 操作過程

準備工作：

（1）添加Wi-Fi模塊：該模塊采用高通AR9331芯片，是一個高度集成的WLAN解決方案。

（2）把原聲音采集模塊MINIUSB接口電路用小刀割斷數(shù)據(jù)線路部分，改成只供電。

（3）以前設計的普通串口線（只起供電作用）去掉即可，加上高速USB數(shù)據(jù)傳輸線（可供電并可實現(xiàn)從聲音采集模塊到Wi-Fi模塊的數(shù)據(jù)傳輸），實現(xiàn)USB音頻數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)墓δ堋?/p>

（4）添加路由器1臺，連接到外網無線訪問Inter?net；使電腦連接Wi-Fi模塊，使它也可訪問Internet。

（5）添加編程器一個，用于給Wi-Fi模塊的Flash移植編譯后的OpenWrt鏡像，所使用的系統(tǒng)是Open?Wrt-ar71xx-generic-tl-wr703n-v1-squashfs-factory.bin。使用的Flash芯片為winbond華邦W25Q64 64M SOP8芯片，對它編譯的過程和Wi-Fi模塊的改造也是重點，詳情請參考文獻1，不再贅述。

（6）Wi-Fi模塊的USB口連接采集模塊的USB輸出線。

到此，組成了Wi-Fi無線控制的聲音采集硬件系統(tǒng)。

圖2 使用的Wi-Fi模塊

配置OpenWrt是重點，現(xiàn)進行詳細說明：

（1）設置管理員登錄與ssh登錄：

通過無線連接到Wi-Fi模塊后，設置管理員登錄（admin/123456），設置 ssh登錄（root/123456）

（2）使Wi-Fi模塊加載聲音采集模塊

使Wi-Fi模塊掛載mp3采集模塊。把聲音采集設備的mininsb口插入Wi-Fi模塊，在OpenWrt里面來操作。戶外采集前只需設置一次即可。系統(tǒng)-掛載點菜單下，查看檢查設置是否加載成功并啟用。

圖3 Wi-Fi模塊與聲音采集設備互接

（3）設置Wi-Fi模塊與客戶端的FTP登錄

這一步的作用是FTP登錄到OpenWrt下加載的mp3音頻采集設備的存儲卡中，實現(xiàn)mp3音頻文件的增刪改查功能。

第一步：復制掛載設備的目錄：/mnt/sda1到FTP服務中

第二步：設虛擬用戶，root/123456,并設置剛才的主目錄，設置完畢后啟用虛擬用戶。

第三步：FlashFXP中設置登錄信息，實現(xiàn)遠程的對文件的增刪改查。

圖4 設置FTP信息

（4）實現(xiàn)外網訪問

現(xiàn)在的配置只是在內網中可實現(xiàn)，還不能訪問In?ternet.要訪問Internet，需要有一臺連接外網的路由器（最好是大功率企業(yè)級網橋），并已打開Wi-Fi，可用Wi-Fi上外網。

第一步：斷掉Wi-Fi模塊的無線連接，插入網線，因為Wi-Fi的192.168.1.1與外網路由器的192.168.1.1起沖突。

第二步：OpenWrt-網絡-無線-搜索-外網wifi ssid/外網密碼-加入外網即可。

圖5 OpenWrt網絡配置1

網絡-防火墻-P2P封鎖設置阻止的服務，如Bit?Torrent,eMule等。網絡-接口-LAN-修改為靜態(tài)地址，啟用DHCP服務器。

圖6 OpenWrt網絡配置2

WWAN口設置為DHCP客戶端協(xié)議，并且WWAN接口設置如下：

圖7 OpenWrt網絡配置3

圖8 OpenWrt網絡配置4

圖9 OpenWrt網絡配置5

圖10 OpenWrt網絡配置6

圖11 OpenWrt網絡配置7

到此，系統(tǒng)已經可以通過OpenWrt快速的搭建，成為一個遠程訪問或控制的平臺。在因特網上通過FTP遠程獲取采集設備中的.wav格式的錄音文件，或實現(xiàn)音頻記錄的增刪改查，并保證原有采集設備仍然正常運行，自動采集野外聲音的工作。還可以通過開發(fā)嵌入式Linux的模塊或內核驅動，來控制不同外設，如控制聲音采集設備的開始錄音、結束錄音、錄音時長的預定義或自由控制等。

5 結語

本文設計、提出了一種用于野外采集鳥類聲音或環(huán)境音的林業(yè)裝備物聯(lián)網解決方案，并已經實際測試，驗證了該方案的實用性和可靠性。該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，可移植程度高，可以作為林業(yè)裝備的一種快速有效且低成本的改良方案，并為老舊的林業(yè)裝備實現(xiàn)相關功能和基于云的升級提供了一種快速、簡便、可行并且低成本的方式，降低節(jié)數(shù)據(jù)獲取的難度和成本。

[1]潘權威,黎曉云,宋新宇.基于OpenWrt的物聯(lián)網服務器設計[J].實驗科學與技術，Vol.14 No.2,Apr.2016:50-61.

[2]苗敬利,李騰.基于OpenWrt的智能家居服務器的設計[J].網絡安全技術與應用，2014（11）:197-198.

[3]李義,晉磊,程正瑞,等.基于OpenWrt和TCP/IP協(xié)議的Android遠程無線智能機械彈琴手系統(tǒng)[J].數(shù)字化用戶,2014,20（11）:11-14.

[4]滕泓虬.基于OpenWrt的移動機器人系統(tǒng)設計［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2012,12（1）:50-52.

[5]Sean Dieter Tebje Kelly,Nagender Kumar Suryadevara,Subhas Chandra Mukhopadhyay.Towards the Implementation of IoT for Environmental Condition Monitoring in Homes[J].IEEE Journal of Sensors,2013,13（10）:3846-3853.

[6]TMOMAS.OpenWrt Wiki[EB/OL].［2015-08-01］.http://wiki.OpenWrt.org.

An Application Scheme Based on OpenWrt Improved Sound Acquisition Equipment for Forestry Internet of Things

WANG Yan，DAI Yang，ZHANG Yan
（School of Computer Science,South West Forestry University，Kunming,Yunnan 650224）

For effective research of bird kind in plateau wetland,introduces a hardware used for recording of bird chirps and a remote control system based on OpenWrt.The system mainly contains several functions:collecting environment sound,data transmitting use wireless,and remote control.It illustrates a novel way for forestry equipment's development and application scheme,and also be an economic,agile,applicable method.

Sound Acquisition Equipment;OpenWrt;Forestry Equipment;Research of Birds in Plateau Wetland

國家自然科學基金（No.61462078）

1007-1423（2017）24-0053-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.24.013

王燕（1980-），女，山東濟南人，碩士研究生，專業(yè)：虛擬地理環(huán)境，研究方向為地理信息系統(tǒng)開發(fā)與設計、機器學習

2017-05-26

2017-08-10