《基于嵌入式web服务器的智能温室监控系统(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于嵌入式web服务器的智能温室监控系统(1)（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于嵌入式 We b曩务舞的智能温室监控系统 一 上海 大学 韩 曦 张 欣 孙 狄 关键词 温 室监 控嵌 入 式 以 太 网供 电 协 议 栈We b服 务 器L M3 S 1 0 2 现代化的温室监控系统用来实时采集温 室内温度、 湿 度、 光照、 土壤温度、 C 浓度 、 叶面湿度 、 露 点温度等环境 参数， 根据种植作物 的需求 提供各种声光报 警信息。当温 湿度超过设定值的时候 ， 自动 开启或者关 闭指定设备 。现 有 的温室监控系统采用无线方式的居多， 且传输范 围有限 ， 价格 比较昂贵 ， 与其他 系统的兼容性不好 。本设计 提出基 于以太网的温室监控 系统 ， 使用 L
2、 u mi n a r y公 司的 L M3 S 1 0 2 处理 器 ， 在 其 有 限 的 内 存 空 间 上 构 建 精 简 的 TC P I P协议 栈 ， 实 现通 用 的嵌 入 式 we b服 务 器 ， 实现基 于以太 网的智能温室大棚监控功 能。 1 系统设计 系统 由传感器 子 系统 、 We b服务 器子 系统 、 外设控 制子 系统 、 人机 接 口子 系 统 4个 部 分 组 成 。基本结构如 图 1 所示 。 系统工作流程简述 如下 ： 通过传 感器 子系统 采集 ， 获得温室 中的光照 、 温度 、 湿度等关 键信息 后处理加工 ， 变成可 以经 TCP I P协议
3、传输 的以太 网数据 包 。数据传输采用监控终端计算机主动获取的方式 ， 可以 始 终获取 ， 也可 以在需要 的时候获取 。监控终端计算 机只 需具备通用 的 I E浏览器 ， 即可访 问嵌 入式 We b服务器的 控制界 面， 查看每一个 温室监 控节 点的数 据信息 ， 实现对 大棚电动卷帘机 、 温室 电热器 、 植物生 长灯 、 微管喷滴灌等 系统的实 时控制 。 图 1 温 室 监 控 系 统 原 理 示 意 图 参 考文献 1 F T D I F T 2 4 5 R D a t a S h e e t ， 2 0 0 5 2 F T DI D 2 X X P r o g r a
4、mme r s G u i d e ， 2 0 0 6 3 A t me l C o r p o r a t i o n A T8 9 S 5 2 D a t a S h e e t ，2 0 0 1 E 4 3薛园园 US B应 用开发 技术 大全 M 北京 ： 人 民邮电 出版 社 ， 2 0 0 7 E 5 李现勇 Vi s u a l C+ +串 口通信技术 与工程 实践 M 北京 ： 人 民 邮 电 出版 社 ， 2 0 0 4 E 6 王超 龙、 陈志华Vi s u a l C+ +6 0入门与提高 M 北京 ： 人 民邮电出版社 ， 2 0 0 2 7 赵建领 5 1 系列单 片
5、机开发 宝典 M 北京 ： 电子 工业出版 社 ， 2 0 0 7 i 篓 誊 誊 董 i 肖 峰 ( 硕 士 研 究 生 、 助 理 工 程 师 ) 刘 明 ( 离 级 工 程 师 主 要 从 事 机 戢 测 试 技 术 研 究 d 蠢 誊 囊 囊 蘩 囊 嚣 j 篓 囊 囊 孽 蠹 囊 釜善 i 黧 蠹 誊 鏊 ( 收稿日 期 ： 2 0 0 9 - 0 2 _ 1 3 ) 囊 鬻鬻 鬻鼙端嚣 麓 辫搿 鬻 薯鞭 搿 舞一 鬻鬻 鬻 曩 搿 誉 56 簟 ； 札 蕞入矗 ： 鑫 刍闱 A 一 r 喜田 、 本文从 4个部 分介绍系统 的设计 与实现 ， 先从 硬件角 度构建 主要 的传感
6、器子 系统 、 We b服务器子 系统 、 外设 控 制子系统 ， 然 后从 软 件角 度 出发 ， 设 计 实现 精 简 的 T C P I P协议栈 。 1 1 传感器子 系统 考虑 到 L M3 S 1 0 2接 口有 限 ， 传 统 的模 拟传 感器需 要 A D转换后方可使用 ， 不适 合本系统 。设计选 用 I C接 口 的数字传感器 S H T1 0 ， 该传感器将 外界 环境 的湿度 、 温 度 信 息采 集 以后存 储在 自身 内存 中， 将其 挂接 在 L M3 S 1 0 2 处理器的 I C总线上 实现 数据 的读 取 。在 后 续 部 分 可 以 看 到 ， I c
7、总 线 上还 挂 接 了 用 来 扩展 I o 口的专用 芯片 。温度 与 湿 度 传 感 器 电 路 如 图 2 所 示 。 图 2 温度与湿度传感器 电路 图 3 是 获取外界 光照 条件 的方 案 。设 计选 用廉 价 的 光 电管 ， 当光照强度大时 ， 光 电管导通 电流大 ， 从 而在 V I N N端得到更低 的 电压 。VI N N端和 L M3 S 1 0 2内置 的模 拟 比较 器 相 接 ， 将 采 集 到 的 数 据 存 于 RAM 中，和 S HT1 0 采集 到 的湿 度 、 温 度 信息一起 ， 由 TC P I P 协议封装发送 。 3 V = ： = ： 图
8、3 光 照 强 度 获 取 原 理 1 2 We b服务器 子系统 为 了构建 we b服务器 子 系统 ， 必须 找 到合 适 的 网络 功能实现方法 。如图 4所示 ， 系统选用 S P I 接 口的网络芯 片 ENC2 8 J 6 0实现 网络 MAC和 PHY 的功 能 ， 充分 利 用 LM3 S 1 0 2的外设 接 口。TP OuT 和 TP I N 端 送 往 隔离 变 压 器 ， 外 接通用 的 R J 4 5网 口。后 续部 分将 介 绍在 此硬 件 平 台上 TCP I P协议的实现 。 图 4 网络 芯 片 工 作 原 理 应 用 天 地 1 3 外设控 制子 系统 为
9、 了实现对 温室 自动卷帘 的远程智 能升降控制 ， 设计 采 用 P WM 控制 步进 电机 的方 法 。步进 电机是将 电脉 冲 信 号转变为角位移 或线位 移 的开环 控制 元件 。在非 超载 的情况 下 ， 电机的转速 、 停止 的位 置 只取决 于脉 冲信 号 的 频 率和脉 冲数 ， 而不 受负 载变化 的影 响 ， 即给 电机加 一个 脉 冲信 号 ， 电机 则转 过 一个 步 距 角 。这 一线 性 关 系 的存 在 ， 加上 步进 电机 只有 周 期性 的误差 而 无 累积 误差 等 特 点 ， 使得 在速度 、 位置等 控制领 域用 步进 电机来控 制非 常 简单 。接 口
10、芯片 MP C1 7 5 2 9用来 驱 动步进 电机 。在 实际 运用 中 ， 可采用各种方 法增 大后级 电路 的驱 动 能力 ， 以实 现对重型卷 帘门的 自如 控制 。图 5为 电机控 制 电路 的实 现 方 法 。 3 V 5 V 图 5电机 控 制 电路 的 实现 由于 L M3 S 1 0 2的 i o 口有限 ， 本设 计采 用 I c接 口 扩展 I O 口的专 用芯 片 P CA9 5 5 4 。挂接 在 I C总线上 的 该 芯片可以扩展 出 8路 GP I O， 在演示 时采用 用 8盏 LE D 灯来表示 温室电热器 、 植物生 长灯 、 微 管喷滴灌 、 气体肥 料
11、 释放机 等温室常用设 备 。实 际应 用时加 上继 电器 电路 以 后便可 以方便 地实现对 温室 中诸 多科技 农业 控制 系统 的 实时控 制 。电机控制 电路如 图 6所示 。 ： ： 图 6电机 控 制 电路 的 实 现 p a p e r m e s n e t c o rn c n ( 投 稿 专 用) M i c r 。 c 。 n t r 。 l l e r s &E m b e d d e d S y s t e m s 5 7 应 用 天 地 经过各子系统 的硬件 设计 ， L M3 S 1 0 2的片上 接 口与 片内资源得到了充分 的利用 。 1 4 设计实现精简的
12、T C P IP协议栈 嵌入式 We b服务器运行的 目标系统 大多是 各类专用 设备 ， 内存资源和存 储器资源 非常有 限 ， 它通 常作 为一种 监控 、 管理手段去控 制和配置 各种 电子设备 ， 实现设 备 的 智能化和信息化 。嵌 入式 we b服务器的应用系统框架如 图 7所 示 。 图 7嵌入 式 We b服 务 器 的 应 用 系统 框 架 考虑到嵌入式 we b服务器的硬件处理速度慢并且存储 容量相对较小的限制， 在 TC P I P协议栈 中能够实现 AR P、 I P、 T C P协议 即可 。采用 精简 的 T C P I P协 议栈 ， 在上层实现 了 HTT P协
13、 议 。包括 E NC 2 8 J 6 O网络 芯 片 的 驱 动 和 I P包 与 A R P包 的相 应 ， 实现 了基 于 T C P协议的 HTT P包 的收发 ， 协议栈省去了作 为精简 We b服务器不需 要 的 L 丌 ) P协 议和 I C 协 议 ，并 且 不 实 现 S O C KE T函数 ， 使得代码 空间降到最小 ， 却能够完 成所有需要 的功 能。裁 剪后的嵌入式专用 T C P I P协议 栈结 构如图 8所 示 ， 软件模块分层工作流 程如图 9 所示。 匝叵 臣巫 匝堕垂 图 8 精简的 T O P I P协议栈结构 图 9 精 简 的 T OP I P协 议
14、软 件流 程 善 誓 的实现 为温室管 理工作人员 和科研工作人员提 供 了极 大 的便 利 。 在实验室里模拟温室环境 ， 用 白炽灯泡模拟温度 和光 照 ， 用人工喷雾 的方法 增加温 室湿度 ， 以此来测 试系统 工 作性能 。实验结果表 明， 系统经 调试处 理后 ， 能 够按照设 计原理完 成相应功 能 ， 达到预设 目标 ， 并对各参数 的测量 可达 较 高 精 度 ( 对 温 度 的 测 量 可 达 0 5 o C， 湿 度 可 达 4 5 ) ， 并对电动卷帘机 、 微观 喷滴灌 等电动设备 实现实 时监 控 ， 操 作灵 活 ， 构 建简 单 ， 具有 较好 的稳 定性 和应
15、用 性 。本系统不仅适用于农业还适用于畜牧业 ， 同时设置 了 多个备用接 口， 便于改造 和开发 升级 ， 具 有很高 的应用价 值和 良好的商业前景 。_ 参 考 文 献 1 于海业 温室环境 自动检测系统 J 农业工程 学报， 1 9 9 7 ， l 3 ( 增 ) ： 2 6 22 6 9 2 郭清华 蔬菜大棚智能温度 控制系统应用 研究 J 安徽农业 科 学 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 1 1 )， 4 4 8 74 4 8 8 3 侯海霞 基 于 G S M 网络 的温室大棚控 制系统设计 J 农业 网络信息 ， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 2 2 2 9 E 4 B a o C h a n g c h u n ， S h e n C h u n b a o ， D a n g S h e n g mi n g ， e t a 1 D e s i g n of Au t oma t i c M e a s ur i ng a nd Con t r o l l i ng De v i c e f o r t he Ve g e t a b l e G r e e n h o u s e
