引言

隨著經濟的快速發(fā)展和科技的進步，人們的生活水平不斷提高，對生活質量的要求越來越高，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技術的興起，在嵌入式設備的管理與交互中，基于Web方式的應用成為目前的主流，這種程序結構也就是大家非常熟悉的B／S結構，即在嵌入式設備上運行一個支持腳本或CGI功能的Web服務器，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備進行管理和監(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服務器將被控設備接入Internet，用戶可以通過IE瀏覽器對監(jiān)控設備實現遠程監(jiān)測與控制。

1、 系統(tǒng)介紹

本文設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，當當前環(huán)境變量不符合預先設置的參數時，處理器將進行相應的操作處理。為了實現遠程監(jiān)控，嵌入式Web服務器通過Linux下的Boa服務器將監(jiān)控設備接入Internet，用戶可以通過IE瀏覽器對被控設備實現遠程監(jiān)測與控制。

2 、系統(tǒng)硬件設計

嵌入式Web服務器系統(tǒng)不僅可以進行現場數據的采集、處理與控制，還可以通過PC機上的Web瀏覽器來訪問嵌入式系統(tǒng)上的網頁。在登陸界面需要輸入用戶名和密碼，當用戶名和密碼正確后方可進入監(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、傳感器數據采集模塊、調控模塊、上位機構成。系統(tǒng)硬件結構圖如圖2所示。

2．1 S3C2410處理器

S3C2410處理器是Samsung公司推出的基于ARM920T內核和AMBA總線的32位ARM微處理器。使用0．18μm CMOS標準宏單元和存儲器單元工藝；16 KB指令緩存和16 KB數據緩存，支持MMU，可運行WinCE、Linux等操作系統(tǒng)；集成LCD，UART，I2C，SPI，I2S，USB，SD控制器等片內外圍設備；支持廉價的NAND FLASH啟動；其時鐘最高可達到203 MHz。

2．2 傳感器模塊

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。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，此傳感器具有響應速度快、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。

ESM-CO2防護型二氧化碳變送器是在進口紅外雙光束二氧化碳傳感器基礎上設計的一款專門用于農業(yè)等多種高濕場合使用的產品。采用進口紅外雙光束CO2傳感器，串行接口，可以很容易與其他設備連接。可靠性、穩(wěn)定性比較高。

HA2003光照傳感器采用光電轉換模塊，將光照強度值轉化為電壓值，再經調理電路將此電壓值轉換為0～2 V或4～20 mA；高精度的光照強度測量體積小巧，IP65防護等級設計傳感器結實、耐腐蝕響應速度快，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 調控模塊

對溫度控制：調控設備在設定的上下限進行自動加溫降溫。目前降溫設備為制冷機，高于上限時啟動制冷機，溫度達到下限時停止制冷；能設定24 h內3～4組不同的上下限溫度在不同時間控制，并保持每天重復直至更改參數；在降溫同時啟動計時器，對降溫時間和間歇時間進行控制；低于設定下限時啟動加濕，加濕到達上限停止加濕，若濕度高于上限時啟動排風，若長時間高于上限啟動警報。

對二氧化碳的控制：當室內的二氧化碳濃度低于設定的下限值時，便打開二氧化碳通氣閥，開始向室內通入二氧化碳。當二氧化碳的濃度到達設定的上限值時，關閉二氧化碳通氣閥。

對于光照的控制：當光照不足時，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擔，不用時時呆在溫室中，節(jié)約了時間。

3 、系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計流程圖如圖3所示。

系統(tǒng)初始化后，進入主程序循環(huán)部分。先對傳感器進行數據采集，采集的數據進行處理，當當前的生長環(huán)境參數不滿足預先設定的條件時，開啟調控設備，對環(huán)境進行調控，也可以通過上位機手動控制調控設備。

4 、嵌入式TCP／IP協(xié)議棧數據處理流程

嵌入式TCP／IP協(xié)議棧處理數據流程如圖4所示。

系統(tǒng)初始化后，進入主程序循環(huán)部分。先檢查是否收到以太網數據幀，若己收到以太網數據幀，則檢測以太網數據幀首部，判斷所載數據類型，然后對接收到的數據進行相應處理：若接收到的以太網數據幀中包含ARP數據，則調用ARP處理程序；若接收到的以太網數據幀中包含IP數據報，則針對其是否為ICMP、TCP協(xié)議格式分別進行相應的解包處理。若不包含IP數據報，則丟棄此數據幀。

若未收到以太網數據幀，此時若有數據要發(fā)送，則對數據進行打包，將數據以以太網數據幀的格式發(fā)送出去。若無數據要發(fā)送，則回到主程序循環(huán)。

5 、系統(tǒng)測試與結果

本系統(tǒng)通過人為的改變室內環(huán)境變量分別對系統(tǒng)功能與運行結果進行了測試和分析。用戶需要在PC機上的Web瀏覽器中輸入嵌入式Boa服務器的IP地址，正確后就會出現如圖5所示的用戶登錄界面；需要用戶輸入用戶名和密碼，進入監(jiān)控頁面如圖6所示。

系統(tǒng)在進行實驗時，將環(huán)境溫度上下限分別設置為28℃和15℃；將環(huán)境濕度上下限分別設置為90％RH和65％RH；將環(huán)境光照強度上下限分別設置為550 lx和100 lx；將環(huán)境中CO2上下限分別設置為40％和10％；當環(huán)境參數超過限制時，自動開啟相對應的調控設備，以維持溫室內環(huán)境參數的穩(wěn)定。當環(huán)境參數恢復正常后，其警告圖標熄滅，自動調控系統(tǒng)停止工作，實現了自動調控室內環(huán)境的功能。

6、 結語

溫室茶樹培養(yǎng)監(jiān)測系統(tǒng)使用了功能相比較單片機更為強大的ARM9芯片，實現了嵌入式系統(tǒng)在現場數據的采集、處理、控制和遠程監(jiān)控中的應用，并通過Web遠程訪問，解決了數據傳輸的具體問題。設計了一種基于S3C2410的嵌入式Web服務器。本設計很好的實現了對無人值守溫室環(huán)境的遠程監(jiān)測和控制。整個系統(tǒng)實時可靠、靈活易用，并且留有擴展升級的空間，具有很強的實用價值。

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