基于嵌入式Web服務器的智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要 闡述了一個溫室大棚的自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用Luminary公司的LM3S102處理器以及精簡的TCP／IP協(xié)議棧，構(gòu)建了嵌入式Web服務器，實現(xiàn)基于以太網(wǎng)的智能溫室大棚監(jiān)控功能。系統(tǒng)通過對光照強度、溫度、濕度等信號的采集，使用戶可以在任意計算機終端上通過IE瀏覽器遠程監(jiān)控大棚狀態(tài)，實現(xiàn)對大棚電動卷簾機、溫室電熱器、植物生長燈、微管噴滴灌等系統(tǒng)的實時控制。用戶也可通過LCD屏與鍵盤實現(xiàn)大棚的實地監(jiān)控。系統(tǒng)采用PoE技術(shù)，不需要額外的輸電線，充分利用了LM3S102外設，使測控系統(tǒng)適應基層生產(chǎn)的需要。
關(guān)鍵詞 溫室監(jiān)控 嵌入式 以太網(wǎng)供電 協(xié)議棧 Web服務器 LM3S102

現(xiàn)代化的溫室監(jiān)控系統(tǒng)用來實時采集溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、土壤溫度、CO2濃度、葉面濕度、露點溫度等環(huán)境參數(shù)，根據(jù)種植作物的需求提供各種聲光報警信息。當溫濕度超過設定值的時候，自動開啟或者關(guān)閉指定設備。現(xiàn)有的溫室監(jiān)控系統(tǒng)采用無線方式的居多，且傳輸范圍有限，價格比較昂貴，與其他系統(tǒng)的兼容性不好。本設計提出基于以太網(wǎng)的溫室監(jiān)控系統(tǒng)，使用Luminary公司的LM3S102處理器，在其有限的內(nèi)存空間上構(gòu)建精簡的TCP／IP協(xié)議棧，實現(xiàn)通用的嵌入式Web服務器，實現(xiàn)基于以太網(wǎng)的智能溫室大棚監(jiān)控功能。

1 系統(tǒng)設計
系統(tǒng)由傳感器子系統(tǒng)、Web服務器子系統(tǒng)、外設控制子系統(tǒng)、人機接口子系統(tǒng)4個部分組成。基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)工作流程簡述如下：通過傳感器子系統(tǒng)采集，獲得溫室中的光照、溫度、濕度等關(guān)鍵信息后處理加工，變成可以經(jīng)TCP／IP協(xié)議傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)傳輸采用監(jiān)控終端計算機主動獲取的方式，可以始終獲取，也可以在需要的時候獲取。監(jiān)控終端計算機只需具備通用的IE瀏覽器，即可訪問嵌入式Web服務器的控制界面，查看每一個溫室監(jiān)控節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對大棚電動卷簾機、溫室電熱器、植物生長燈、微管噴滴灌等系統(tǒng)的實時控制。
本文從4個部分介紹系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，先從硬件角度構(gòu)建主要的傳感器子系統(tǒng)、Web服務器子系統(tǒng)、外設控制子系統(tǒng)，然后從軟件角度出發(fā)，設計實現(xiàn)精簡的TCP／IP協(xié)議棧。
1．1 傳感器子系統(tǒng)
考慮到LM3S102接口有限，傳統(tǒng)的模擬傳感器需要A／D轉(zhuǎn)換后方可使用，不適合本系統(tǒng)。設計選用I2C接口的數(shù)字傳感器SHT10，該傳感器將外界環(huán)境的濕度、溫度信息采集以后存儲在自身內(nèi)存中，將其掛接在LM3S102處理器的I2C總線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。在后續(xù)部分可以看到，I2C總線上還掛接了用來擴展I／O口的專用芯片。溫度與濕度傳感器電路如圖2所示。