一种基于OpenWrt改进的声音采集设备和林业物联网应用方案

王燕，戴杨，张雁

一种基于OpenWrt改进的声音采集设备和林业物联网应用方案

王燕，戴杨，张雁

（西南林业大学计算机与信息学院，昆明 650224）

为了对高原湿地鸟类进行详尽和有效的研究，基于物联网的概念，实验、设计一套高原湿地鸟鸣声采集系统的硬件和基于OpenWrt的远程控制系统。该系统中主要包括以下几个功能：环境声音采集、数据无线传输、远程控制。为林业装备的开发及应用提供一种新的思路，和更经济、快捷、实用的方法。

声音采集设备；OpenWrt；林业装备研究；高原湿地鸟类研究

0 引言

物联网技术和传感器技术近些年飞速发展，它们的出现给林业的发展以及林业装备的改进指出了全新的应用领域-各类野外的林业装备的无线连接、智能控制，使林业的装备更具有智能化，使林业的经营者、决策者更加方便的低成本地获得林业数据，使人与自然的交流和沟通更加顺畅和方便。

在人们的经济生活和智能化日渐丰富的今天，基于物联网的林业装备也渐渐发展起来。但许多装备的成本较高，价格昂贵，不能适应林业的专业需要，并且技术门槛令林业人员望而怯步。本文提出一种基于OpenWrt的嵌入式Linux操作系统的智能林业声音采集装置，它可以大大降低开发成本，提高开发效率，并可对现有的林业装备进行类似思路的智能化改造升级，以实现物联网或“云”的功能。

本设计可以作为林业装备的基础物联网的智能平台，可以对该平台进行合理的自定义扩展，通过对嵌入式Linux进行开发不同模块的驱动或内核的驱动，来实现各种智能的功能，使智能林业的实现成为可能。

1 OpenWrt介绍

OpenWrt是一个用于嵌入式设备的嵌入式GNU/Linux发行版，具有强大的扩展性。它具备高度模块化、高度自动化，拥有强大的网络组件和扩展性，常常被用于工控设备、电话、小型机器人、智能家居、路由器以及VoIP设备中。它对无线路由器的支持友好，同时，它还提供了100多个已编译好的软件，而且数量还在不断增加。

2 声音采集模块

设备的应用场合是鸟类或候鸟的栖息地，如高原湿地自然保护区、公园内等；系统结构为：现有系统采用专用MP3音频芯片，在单片机的控制下采集两个声道的音频数据，使用芯片自带的硬件压缩系统对音频进行压缩，并保存入TF卡内。

表1 数据采集设备硬件主要参数

主要构成为：麦克风、声音信息采集电路、声音调理电路、声音压缩编码芯片、数据存储设备、主控芯片、时间控制模块、电源。如下表。

表2 数据采集设计各模块简介

3 改进的思路

在不影响原有声音采集模块功能的情况下，进行快速并低成本的升级，进行改造升级后可实现远程控制与远程传输数据等功能。需要改造的部分：

需要加装无线通信系统，与声音采集设备中的语音处理芯片共享TF存储卡，能读取该TF卡的数据，并支持通过网络访问。同时，还能接收服务器发送的控制指令，对系统进行远程控制。

需要加装太阳能采集与控制系统，为该采集系统进行供电。并配合休眠机制，尽可能的节能，保证系统在无人值守的状态下长时间运行。

需要解决系统网络接入的问题。目前最好的解决方案是通过现有的公网通讯设施，建立VPN通道。将所有的子网归集于同一个VPN内。可以降低使用难度，并且提高数据传输安全性。

图1 系统结构

4 操作过程

准备工作：

（1）添加Wi-Fi模块：该模块采用高通AR9331芯片，是一个高度集成的WLAN解决方案。

（2）把原声音采集模块MINIUSB接口电路用小刀割断数据线路部分，改成只供电。

（3）以前设计的普通串口线（只起供电作用）去掉即可，加上高速USB数据传输线（可供电并可实现从声音采集模块到Wi-Fi模块的数据传输），实现USB音频数据高速传输的功能。

（4）添加路由器1台，连接到外网无线访问Inter⁃net；使电脑连接Wi-Fi模块，使它也可访问Internet。

（5）添加编程器一个，用于给Wi-Fi模块的Flash移植编译后的OpenWrt镜像，所使用的系统是Open⁃Wrt-ar71xx-generic-tl-wr703n-v1-squashfs-factory.bin。使用的Flash芯片为winbond华邦W25Q64 64M SOP8芯片，对它编译的过程和Wi-Fi模块的改造也是重点，详情请参考文献1，不再赘述。

（6）Wi-Fi模块的USB口连接采集模块的USB输出线。

到此，组成了Wi-Fi无线控制的声音采集硬件系统。

图2 使用的Wi-Fi模块

配置OpenWrt是重点，现进行详细说明：

（1）设置管理员登录与ssh登录：

通过无线连接到Wi-Fi模块后，设置管理员登录（admin/123456），设置 ssh登录（root/123456）

（2）使Wi-Fi模块加载声音采集模块

使Wi-Fi模块挂载mp3采集模块。把声音采集设备的mininsb口插入Wi-Fi模块，在OpenWrt里面来操作。户外采集前只需设置一次即可。系统-挂载点菜单下，查看检查设置是否加载成功并启用。

图3 Wi-Fi模块与声音采集设备互接

（3）设置Wi-Fi模块与客户端的FTP登录

这一步的作用是FTP登录到OpenWrt下加载的mp3音频采集设备的存储卡中，实现mp3音频文件的增删改查功能。

第一步：复制挂载设备的目录：/mnt/sda1到FTP服务中

第二步：设虚拟用户，root/123456,并设置刚才的主目录，设置完毕后启用虚拟用户。

第三步：FlashFXP中设置登录信息，实现远程的对文件的增删改查。

图4 设置FTP信息

（4）实现外网访问

现在的配置只是在内网中可实现，还不能访问In⁃ternet.要访问Internet，需要有一台连接外网的路由器（最好是大功率企业级网桥），并已打开Wi-Fi，可用Wi-Fi上外网。

第一步：断掉Wi-Fi模块的无线连接，插入网线，因为Wi-Fi的192.168.1.1与外网路由器的192.168.1.1起冲突。

第二步：OpenWrt-网络-无线-搜索-外网wifi ssid/外网密码-加入外网即可。

图5 OpenWrt网络配置1

网络-防火墙-P2P封锁设置阻止的服务，如Bit⁃Torrent,eMule等。网络-接口-LAN-修改为静态地址，启用DHCP服务器。

图6 OpenWrt网络配置2

WWAN口设置为DHCP客户端协议，并且WWAN接口设置如下：

图7 OpenWrt网络配置3

图8 OpenWrt网络配置4

图9 OpenWrt网络配置5

图10 OpenWrt网络配置6

图11 OpenWrt网络配置7

到此，系统已经可以通过OpenWrt快速的搭建，成为一个远程访问或控制的平台。在因特网上通过FTP远程获取采集设备中的.wav格式的录音文件，或实现音频记录的增删改查，并保证原有采集设备仍然正常运行，自动采集野外声音的工作。还可以通过开发嵌入式Linux的模块或内核驱动，来控制不同外设，如控制声音采集设备的开始录音、结束录音、录音时长的预定义或自由控制等。

5 结语

本文设计、提出了一种用于野外采集鸟类声音或环境音的林业装备物联网解决方案，并已经实际测试，验证了该方案的实用性和可靠性。该系统具有良好的稳定性，可移植程度高，可以作为林业装备的一种快速有效且低成本的改良方案，并为老旧的林业装备实现相关功能和基于云的升级提供了一种快速、简便、可行并且低成本的方式，降低节数据获取的难度和成本。

[1]潘权威,黎晓云,宋新宇.基于OpenWrt的物联网服务器设计[J].实验科学与技术，Vol.14 No.2,Apr.2016:50-61.

[2]苗敬利,李腾.基于OpenWrt的智能家居服务器的设计[J].网络安全技术与应用，2014（11）:197-198.

[3]李义,晋磊,程正瑞,等.基于OpenWrt和TCP/IP协议的Android远程无线智能机械弹琴手系统[J].数字化用户,2014,20（11）:11-14.

[4]滕泓虬.基于OpenWrt的移动机器人系统设计［J］.单片机与嵌入式系统应用，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

国家自然科学基金（No.61462078）

1007-1423（2017）24-0053-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.24.013

王燕（1980-），女，山东济南人，硕士研究生，专业：虚拟地理环境，研究方向为地理信息系统开发与设计、机器学习

2017-05-26

2017-08-10