基于嵌入式Web服務(wù)的智能化糧情監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

朱楠

摘 要：該智能化糧情監(jiān)控系統(tǒng)的核心模塊主要采用S3C2440微處理器和嵌入式boa網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的方法開發(fā)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)大型糧倉內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控的自動化和遠端控制功能。

關(guān)鍵詞：微處理器；嵌入式boa；糧情監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫

中圖分類號： TP274.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

引言

糧食的生產(chǎn)和儲備是關(guān)系民生的非常重要的內(nèi)容。將嵌入式技術(shù)應(yīng)用到糧情監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效的提高國家的相關(guān)部門對糧食的生產(chǎn)和儲備情況掌握的可靠性，同時也提高了糧食管理的智能化程度[1]。本文設(shè)計的糧情監(jiān)控系統(tǒng)就是將Web服務(wù)嵌入其中，從而更有效的提高糧食管理的智能化程度。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采集終端，集中器單元，接入互聯(lián)網(wǎng)的pc機三部分構(gòu)成了本文所說的智能化糧情監(jiān)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。315MHz的無線通信是采集終端的核心部分，其主要功能是路由選擇，自組網(wǎng)，將采集信息自動上傳等。系統(tǒng)采集部分主要完成糧食采集倉庫中有關(guān)溫度、濕度、病蟲害、水分等數(shù)據(jù)信息，管理人員可以根據(jù)采集上來的相關(guān)數(shù)據(jù)值控制糧倉的存儲環(huán)境。集中器單元連接終端采集設(shè)備和后臺具有互聯(lián)網(wǎng)功能的pc控制設(shè)備，采集終端傳送過來的節(jié)點數(shù)據(jù)信息也能通過集中器單元存儲到SQLite3數(shù)據(jù)庫中。無線傳遞是集中器單元與采集中設(shè)備之間所采用的數(shù)據(jù)傳遞方式。遠距離監(jiān)控是由集中器單元設(shè)備與負責糧倉數(shù)據(jù)查看和發(fā)送控制數(shù)據(jù)到糧倉終端節(jié)點通過互聯(lián)網(wǎng)通信完成。處理器S3C2440作為集中器單元設(shè)備中的主要部件，同時包含Linux操作系統(tǒng)，嵌入式web服務(wù)器、嵌入式Sqlite3數(shù)據(jù)庫軟件。遠端pc后臺的監(jiān)控功能主要依靠嵌入[2]。管理人員通過具有互聯(lián)網(wǎng)功能的pc機登錄到移植有嵌入式web功能的集中器單元，并在系統(tǒng)的控制頁面中輸入集中器單元的ip地址即可實現(xiàn)對智能化糧情監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備的控制操作。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

集中器單元硬件和采集終端硬件構(gòu)成本文所講的智能化糧情監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分。

2.1 集中器單元硬件設(shè)計

控制采集終端模塊，Web的各項功能，將采集數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)庫等功能主要通過集中器單元的開發(fā)模塊實現(xiàn)[3]。數(shù)據(jù)的收發(fā)以及各種消息的控制交換都是由無線通信模塊完成[4]。集中器單元的功能主要有以下幾點：

（1） 采用 Samsung S3C2440A為微處理器，并采用專業(yè)穩(wěn)定的CPU內(nèi)核電源芯片和復位芯片來保證系統(tǒng)運行時的穩(wěn)定性；

（2） Samsung S3C2440A最高主頻可到達533MHz，程序處理速度快；

（3） 具有100M以太網(wǎng)RJ-45接口（采用DM9000網(wǎng)絡(luò)芯片），支持互聯(lián)網(wǎng)通信；

（4） 具有SPI接口，能夠完成無線傳輸；

（5） 支持Linux操作系統(tǒng)。

2.2 采集終端硬件設(shè)計

采集終端硬件設(shè)計中的處理單元主要使用TI公司生產(chǎn)的16位低功耗單片機MSP430413，使用Dallas公司的溫度傳感器DS18B20及Sensirion公司的濕度傳感器SHT11和水分傳感器FDS100。TI公司的CC1100射頻芯片被用于該設(shè)計的無線通信部分。接受發(fā)送數(shù)據(jù)是在無線模塊中通過無線通信完成，即在CC1100模塊中完成；實際環(huán)境中得到的物理數(shù)據(jù)通過傳感器轉(zhuǎn)變成數(shù)字數(shù)據(jù)，以上內(nèi)容全部在處理器中完成。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

集中器單元與采集終端的軟件設(shè)計是整個系統(tǒng)軟件設(shè)計的兩個主要部分[5]。Linux操作系統(tǒng)、嵌入式web服務(wù)器boa、嵌入式數(shù)據(jù)庫Sqlite3的使用和web網(wǎng)頁與CGI接口程序的設(shè)計是集中器單元的軟件設(shè)計的主要內(nèi)容。傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)采集、處理，收發(fā)CC1100模塊數(shù)據(jù)等功能主要采用C語言編寫由數(shù)據(jù)采集終端軟件完成。

3.1 集中器軟件設(shè)計實現(xiàn)

該糧情監(jiān)控系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)，將Linux文件放置在對應(yīng)的硬件設(shè)備上，在交叉編譯之后，產(chǎn)生內(nèi)核鏡像文件用于下載，同時設(shè)置合適硬件設(shè)備使用的Boot loader及方便文件管理的嵌入式文件系統(tǒng)，在硬件設(shè)備的Nand flash中按一定順序把以上內(nèi)容下載好。另外，在本嵌入式系統(tǒng)中使用運行速度快且代碼量小的Boa服務(wù)器。存儲數(shù)據(jù)采用嵌入式數(shù)據(jù)庫Sqlite3。

用于web服務(wù)的web頁面和CGI程序是集中器部分的軟件設(shè)計的主要部分，第一步，完成用戶與web服務(wù)器交互界面的設(shè)計是通過建立web頁面文檔和表單項實現(xiàn)的。接下來，用戶在Web頁面填寫的表單數(shù)據(jù)通過CGI應(yīng)用程序獲取，硬件所能執(zhí)行的相應(yīng)操作也通過以上表單數(shù)據(jù)控制，從而獲得其他模塊中的無線數(shù)據(jù)，存放在Sqlite3數(shù)據(jù)庫中的無線數(shù)據(jù)是通過在CGI程序中的Sqlite3提供的操作數(shù)據(jù)庫的API接口完成的，用戶通過瀏覽器到web頁面查看最終的數(shù)據(jù)結(jié)果。

3.2 采集終端軟件設(shè)計實現(xiàn)

傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊程序，以及用于處理數(shù)據(jù)命令的主程序模塊這三部分是采集終端軟件設(shè)計的主要內(nèi)容。采集終端初始為休眠狀態(tài)，傳感器數(shù)據(jù)在一定時間間隔之后通過定時器采集，集中器單元模塊可以儲存以上數(shù)據(jù)，喚醒指令可以喚醒處于睡眠狀態(tài)的無線模塊，本機數(shù)據(jù)的處理，包括控制命令及讀取數(shù)據(jù)等操作都需要通過該無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)的ID號來判斷，反之如果為非本機數(shù)據(jù)就會被丟棄。采集終端軟件設(shè)計流程如圖3所示。

4 結(jié)語

可靠性高、操作性強、數(shù)據(jù)準確是該糧情監(jiān)控系統(tǒng)的特點，該系統(tǒng)通過采用嵌入式boa服務(wù)器和嵌入式Sqlite3數(shù)據(jù)庫軟件等方式有效的實現(xiàn)了大型糧倉內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控的自動化和遠端控制功能。

參考文獻

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