0 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，對生活質(zhì)量的要求越來越高，對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，以緩解人們對春茶的需求。
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)備上運行一個支持腳本或CGI功能的Web服務(wù)器，能夠生成動態(tài)頁面，在用戶端只需要通過Web瀏覽器就可以對嵌入式設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)控，非常方便實用。
對于溫室茶樹的培養(yǎng)，需要保持其相對優(yōu)異的生長環(huán)境。本文通過嵌入式Web服務(wù)器將被控設(shè)備接入Internet，用戶可以通過IE瀏覽器對監(jiān)控設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制。
1 系統(tǒng)介紹
本文設(shè)計的溫室茶樹生長監(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，處理器將進(jìn)行相應(yīng)的操作處理。為了實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，嵌入式Web服務(wù)器通過Linux下的Boa服務(wù)器將監(jiān)控設(shè)備接入Internet，用戶可以通過IE瀏覽器對被控設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
嵌入式Web服務(wù)器系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、處理與控制，還可以通過PC機(jī)上的Web瀏覽器來訪問嵌入式系統(tǒng)上的網(wǎng)頁。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。
本溫室茶樹培養(yǎng)監(jiān)測系統(tǒng)主要由ARM主控平臺、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；支持廉價的NAND FLASH啟動；其時鐘最高可達(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)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(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)、性價比極高等優(yōu)點。
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)計的一款專門用于農(nóng)業(yè)等多種高濕場合使用的產(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。可靠性、穩(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)度測量體積小巧，IP65防護(hù)等級設(shè)計傳感器結(jié)實、耐腐蝕響應(yīng)速度快，小于1 s可選用電壓或電流輸出，電流輸出在長纜線傳輸時沒有信號衰減。可以很好的用于溫室光照的測量。
2．3 調(diào)控模塊
對溫度控制：調(diào)控設(shè)備在設(shè)定的上下限進(jìn)行自動加溫降溫。目前降溫設(shè)備為制冷機(jī)，高于上限時啟動制冷機(jī)，溫度達(dá)到下限時停止制冷；能設(shè)定24 h內(nèi)3～4組不同的上下限溫度在不同時間控制，并保持每天重復(fù)直至更改參數(shù)；在降溫同時啟動計時器，對降溫時間和間歇時間進(jìn)行控制；低于設(shè)定下限時啟動加濕，加濕到達(dá)上限停止加濕，若濕度高于上限時啟動排風(fēng)，若長時間高于上限啟動警報。
對二氧化碳的控制：當(dāng)室內(nèi)的二氧化碳濃度低于設(shè)定的下限值時，便打開二氧化碳通氣閥，開始向室內(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，關(guān)閉二氧化碳通氣閥。
對于光照的控制：當(dāng)光照不足時，打開日光燈，增加光照，保證光合作用需要的光強(qiáng)度，給予茶樹葉子充裕的光合作用時間。
通過這種智能控制，大大降低了人力，為工作人員降低了負(fù)擔(dān)，不用時時呆在溫室中，節(jié)約了時間。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖如圖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)前的生長環(huán)境參數(shù)不滿足預(yù)先設(shè)定的條件時，開啟調(diào)控設(shè)備，對環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，也可以通過上位機(jī)手動控制調(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，則檢測以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀首部，判斷所載數(shù)據(jù)類型，然后對接收到的數(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，則針對其是否為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，則丟棄此數(shù)據(jù)幀。
若未收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，此時若有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則對數(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。若無數(shù)據(jù)要發(fā)送，則回到主程序循環(huán)。
5 系統(tǒng)測試與結(jié)果
本系統(tǒng)通過人為的改變室內(nèi)環(huán)境變量分別對系統(tǒng)功能與運行結(jié)果進(jìn)行了測試和分析。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)控頁面如圖6所示。
系統(tǒng)在進(jìn)行實驗時，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)超過限制時，自動開啟相對應(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，自動調(diào)控系統(tǒng)停止工作，實現(xiàn)了自動調(diào)控室內(nèi)環(huán)境的功能。
6 結(jié)語
溫室茶樹培養(yǎng)監(jiān)測系統(tǒng)使用了功能相比較單片機(jī)更為強(qiáng)大的ARM9芯片，實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)在現(xiàn)場數(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Web遠(yuǎn)程訪問，解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w問題。設(shè)計了一種基于S3C2410的嵌入式Web服務(wù)器。本設(shè)計很好的實現(xiàn)了對無人值守溫室環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。整個系統(tǒng)實時可靠、靈活易用，并且留有擴(kuò)展升級的空間，具有很強(qiáng)的實用價值。