基于Web服務(wù)器和S3C2410處理器實(shí)現(xiàn)溫室茶樹(shù)培養(yǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們的生活水平不斷提高，對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)春茶的需求也大大增加。使得春茶供不應(yīng)求，從而提出了溫室培養(yǎng)茶樹(shù)，以緩解人們對(duì)春茶的需求。

隨著Internet技術(shù)的興起，在嵌入式設(shè)備的管理與交互中，基于Web方式的應(yīng)用成為目前的主流，這種程序結(jié)構(gòu)也就是大家非常熟悉的B／S結(jié)構(gòu)，即在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行一個(gè)支持腳本或CGI功能的Web服務(wù)器，能夠生成動(dòng)態(tài)頁(yè)面，在用戶端只需要通過(guò)Web瀏覽器就可以對(duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)控，非常方便實(shí)用。

對(duì)于溫室茶樹(shù)的培養(yǎng)，需要保持其相對(duì)優(yōu)異的生長(zhǎng)環(huán)境。本文通過(guò)嵌入式Web服務(wù)器將被控設(shè)備接入Internet，用戶可以通過(guò)IE瀏覽器對(duì)監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。

1、 系統(tǒng)介紹

本文設(shè)計(jì)的溫室茶樹(shù)生長(zhǎng)監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。

系統(tǒng)采用32位的ARM9處理器S3C2410作為主控器，各類傳感器將采集到的信號(hào)傳輸給處理器，交由處理器處理，當(dāng)當(dāng)前環(huán)境變量不符合預(yù)先設(shè)置的參數(shù)時(shí)，處理器將進(jìn)行相應(yīng)的操作處理。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，嵌入式Web服務(wù)器通過(guò)Linux下的Boa服務(wù)器將監(jiān)控設(shè)備接入Internet，用戶可以通過(guò)IE瀏覽器對(duì)被控設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。

2 、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

嵌入式Web服務(wù)器系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理與控制，還可以通過(guò)PC機(jī)上的Web瀏覽器來(lái)訪問(wèn)嵌入式系統(tǒng)上的網(wǎng)頁(yè)。在登陸界面需要輸入用戶名和密碼，當(dāng)用戶名和密碼正確后方可進(jìn)入監(jiān)控界面。

本溫室茶樹(shù)培養(yǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由ARM主控平臺(tái)、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、調(diào)控模塊、上位機(jī)構(gòu)成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2．1 S3C2410處理器

S3C2410處理器是Samsung公司推出的基于ARM920T內(nèi)核和AMBA總線的32位ARM微處理器。使用0．18μm CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元工藝；16 KB指令緩存和16 KB數(shù)據(jù)緩存，支持MMU，可運(yùn)行WinCE、Linux等操作系統(tǒng)；集成LCD，UART，I2C，SPI，I2S，USB，SD控制器等片內(nèi)外圍設(shè)備；支持廉價(jià)的NAND FLASH啟動(dòng)；其時(shí)鐘最高可達(dá)到203 MHz。

2．2 傳感器模塊

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，此傳感器具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。

ESM-CO2防護(hù)型二氧化碳變送器是在進(jìn)口紅外雙光束二氧化碳傳感器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的一款專門(mén)用于農(nóng)業(yè)等多種高濕場(chǎng)合使用的產(chǎn)品。采用進(jìn)口紅外雙光束CO2傳感器，串行接口，可以很容易與其他設(shè)備連接?？煽啃浴⒎€(wěn)定性比較高。

HA2003光照傳感器采用光電轉(zhuǎn)換模塊，將光照強(qiáng)度值轉(zhuǎn)化為電壓值，再經(jīng)調(diào)理電路將此電壓值轉(zhuǎn)換為0～2 V或4～20 mA；高精度的光照強(qiáng)度測(cè)量體積小巧，IP65防護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì)傳感器結(jié)實(shí)、耐腐蝕響應(yīng)速度快，小于1 s可選用電壓或電流輸出，電流輸出在長(zhǎng)纜線傳輸時(shí)沒(méi)有信號(hào)衰減?？梢院芎玫挠糜跍厥夜庹盏臏y(cè)量。

2．3 調(diào)控模塊

對(duì)溫度控制：調(diào)控設(shè)備在設(shè)定的上下限進(jìn)行自動(dòng)加溫降溫。目前降溫設(shè)備為制冷機(jī)，高于上限時(shí)啟動(dòng)制冷機(jī)，溫度達(dá)到下限時(shí)停止制冷；能設(shè)定24 h內(nèi)3～4組不同的上下限溫度在不同時(shí)間控制，并保持每天重復(fù)直至更改參數(shù)；在降溫同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，對(duì)降溫時(shí)間和間歇時(shí)間進(jìn)行控制；低于設(shè)定下限時(shí)啟動(dòng)加濕，加濕到達(dá)上限停止加濕，若濕度高于上限時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)，若長(zhǎng)時(shí)間高于上限啟動(dòng)警報(bào)。

對(duì)二氧化碳的控制：當(dāng)室內(nèi)的二氧化碳濃度低于設(shè)定的下限值時(shí)，便打開(kāi)二氧化碳通氣閥，開(kāi)始向室內(nèi)通入二氧化碳。當(dāng)二氧化碳的濃度到達(dá)設(shè)定的上限值時(shí)，關(guān)閉二氧化碳通氣閥。

對(duì)于光照的控制：當(dāng)光照不足時(shí)，打開(kāi)日光燈，增加光照，保證光合作用需要的光強(qiáng)度，給予茶樹(shù)葉子充裕的光合作用時(shí)間。

通過(guò)這種智能控制，大大降低了人力，為工作人員降低了負(fù)擔(dān)，不用時(shí)時(shí)呆在溫室中，節(jié)約了時(shí)間。

3 、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

系統(tǒng)初始化后，進(jìn)入主程序循環(huán)部分。先對(duì)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng)當(dāng)前的生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)不滿足預(yù)先設(shè)定的條件時(shí)，開(kāi)啟調(diào)控設(shè)備，對(duì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，也可以通過(guò)上位機(jī)手動(dòng)控制調(diào)控設(shè)備。

4 、嵌入式TCP／IP協(xié)議棧數(shù)據(jù)處理流程

嵌入式TCP／IP協(xié)議棧處理數(shù)據(jù)流程如圖4所示。

系統(tǒng)初始化后，進(jìn)入主程序循環(huán)部分。先檢查是否收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，若己收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，則檢測(cè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀首部，判斷所載數(shù)據(jù)類型，然后對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理：若接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中包含ARP數(shù)據(jù)，則調(diào)用ARP處理程序；若接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中包含IP數(shù)據(jù)報(bào)，則針對(duì)其是否為ICMP、TCP協(xié)議格式分別進(jìn)行相應(yīng)的解包處理。若不包含IP數(shù)據(jù)報(bào)，則丟棄此數(shù)據(jù)幀。

若未收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，此時(shí)若有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，將數(shù)據(jù)以以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的格式發(fā)送出去。若無(wú)數(shù)據(jù)要發(fā)送，則回到主程序循環(huán)。

5 、系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果

本系統(tǒng)通過(guò)人為的改變室內(nèi)環(huán)境變量分別對(duì)系統(tǒng)功能與運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行了測(cè)試和分析。用戶需要在PC機(jī)上的Web瀏覽器中輸入嵌入式Boa服務(wù)器的IP地址，正確后就會(huì)出現(xiàn)如圖5所示的用戶登錄界面；需要用戶輸入用戶名和密碼，進(jìn)入監(jiān)控頁(yè)面如圖6所示。

系統(tǒng)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，將環(huán)境溫度上下限分別設(shè)置為28℃和15℃；將環(huán)境濕度上下限分別設(shè)置為90％RH和65％RH；將環(huán)境光照強(qiáng)度上下限分別設(shè)置為550 lx和100 lx；將環(huán)境中CO2上下限分別設(shè)置為40％和10％；當(dāng)環(huán)境參數(shù)超過(guò)限制時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟相對(duì)應(yīng)的調(diào)控設(shè)備，以維持溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的穩(wěn)定。當(dāng)環(huán)境參數(shù)恢復(fù)正常后，其警告圖標(biāo)熄滅，自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)停止工作，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)控室內(nèi)環(huán)境的功能。

6、 結(jié)語(yǔ)

溫室茶樹(shù)培養(yǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用了功能相比較單片機(jī)更為強(qiáng)大的ARM9芯片，實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理、控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用，并通過(guò)Web遠(yuǎn)程訪問(wèn)，解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w問(wèn)題。設(shè)計(jì)了一種基于S3C2410的嵌入式Web服務(wù)器。本設(shè)計(jì)很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)人值守溫室環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)可靠、靈活易用，并且留有擴(kuò)展升級(jí)的空間，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

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