基于嵌入式Web服務(wù)器的智能溫室監控系統

摘 要 闡述了一個(gè)溫室大棚的自動(dòng)控制系統。該系統使用Luminary公司的LM3S102處理器以及精簡(jiǎn)的TCP／IP協(xié)議棧，構建了嵌入式Web服務(wù)器，實(shí)現基于以太網(wǎng)的智能溫室大棚監控功能。系統通過(guò)對光照強度、溫度、濕度等信號的采集，使用戶(hù)可以在任意計算機終端上通過(guò)IE瀏覽器遠程監控大棚狀態(tài)，實(shí)現對大棚電動(dòng)卷簾機、溫室電熱器、植物生長(cháng)燈、微管?chē)姷喂嗟认到y的實(shí)時(shí)控制。用戶(hù)也可通過(guò)LCD屏與鍵盤(pán)實(shí)現大棚的實(shí)地監控。系統采用PoE技術(shù)，不需要額外的輸電線(xiàn)，充分利用了LM3S102外設，使測控系統適應基層生產(chǎn)的需要。
關(guān)鍵詞 溫室監控 嵌入式 以太網(wǎng)供電 協(xié)議棧 Web服務(wù)器 LM3S102

現代化的溫室監控系統用來(lái)實(shí)時(shí)采集溫室內溫度、濕度、光照、土壤溫度、CO2濃度、葉面濕度、露點(diǎn)溫度等環(huán)境參數，根據種植作物的需求提供各種聲光報警信息。當溫濕度超過(guò)設定值的時(shí)候，自動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉指定設備?，F有的溫室監控系統采用無(wú)線(xiàn)方式的居多，且傳輸范圍有限，價(jià)格比較昂貴，與其他系統的兼容性不好。本設計提出基于以太網(wǎng)的溫室監控系統，使用Luminary公司的LM3S102處理器，在其有限的內存空間上構建精簡(jiǎn)的TCP／IP協(xié)議棧，實(shí)現通用的嵌入式Web服務(wù)器，實(shí)現基于以太網(wǎng)的智能溫室大棚監控功能。

1 系統設計
系統由傳感器子系統、Web服務(wù)器子系統、外設控制子系統、人機接口子系統4個(gè)部分組成?；窘Y構如圖1所示。

系統工作流程簡(jiǎn)述如下：通過(guò)傳感器子系統采集，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)議傳輸的以太網(wǎng)數據包。數據傳輸采用監控終端計算機主動(dòng)獲取的方式，可以始終獲取，也可以在需要的時(shí)候獲取。監控終端計算機只需具備通用的IE瀏覽器，即可訪(fǎng)問(wèn)嵌入式Web服務(wù)器的控制界面，查看每一個(gè)溫室監控節點(diǎn)的數據信息，實(shí)現對大棚電動(dòng)卷簾機、溫室電熱器、植物生長(cháng)燈、微管?chē)姷喂嗟认到y的實(shí)時(shí)控制。
本文從4個(gè)部分介紹系統的設計與實(shí)現，先從硬件角度構建主要的傳感器子系統、Web服務(wù)器子系統、外設控制子系統，然后從軟件角度出發(fā)，設計實(shí)現精簡(jiǎn)的TCP／IP協(xié)議棧。
1．1 傳感器子系統
考慮到LM3S102接口有限，傳統的模擬傳感器需要A／D轉換后方可使用，不適合本系統。設計選用I2C接口的數字傳感器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存中，將其掛接在LM3S102處理器的I2C總線(xiàn)上實(shí)現數據的讀取。在后續部分可以看到，I2C總線(xiàn)上還掛接了用來(lái)擴展I／O口的專(zhuān)用芯片。溫度與濕度傳感器電路如圖2所示。