基于WSN和GPRS的遠程測控系統

2.2 Web應用技術(shù)

該系統采用B/S模式，為了能夠從測控服務(wù)器或測控管理機通過(guò)瀏覽器直接訪(fǎng)問(wèn)智能測控單元，在智能測控單元中必須具備Web服務(wù)器功能。在嵌入式Linux平臺下，使用Boa作為Web服務(wù)器，可以使系統穩定高效地在目標系統中運行，并且使用和維護方便，可靠性高。嵌入式Web服務(wù)器Boa和普通Web服務(wù)器一樣，能夠完成接收客戶(hù)端請求、分析請求、響應請求、向客戶(hù)端返回請求結果等任務(wù)。與其他傳統的Web服務(wù)器不同的是Boa具有很高的HTTP請求處理速度和效率，在嵌入式系統中具有很高的應用價(jià)值。

Boa程序的移植主要分為以下幾個(gè)步驟：

(1)針對ARM-Linux系統下載Boa源碼并解壓之;

(2)生成并修改Makefile文件，修改CC=gcc為CC=/usr/local/arm/2.95.3/bin/armlinuxgcc修改CPP=gccE為CPP=/usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-gcc-E;

(3)配置Boa服務(wù)器后下載Boa服務(wù)器。將編譯后的二進(jìn)制文件下載到FLASH之中后Web服務(wù)器則具有了Web服務(wù)器功能。

2.3 數據通信技術(shù)

該系統的通信主要包括有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、GPRS，GPS和定制協(xié)議通信。

由于GPRS具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，在數據通信業(yè)務(wù)中得到了非常廣泛的應用，所以在該系統的設計中選用了西門(mén)子公司的GPRS模塊MC35來(lái)傳輸采集的數據。

MC35模塊支持GSM900和GSM1800雙頻網(wǎng)絡(luò )，接收速率可達86.20Kb/s，發(fā)送速率可達21.5Kb/s，并且很容易集成，它和ARM2440處理器的UART1接口經(jīng)TTL232電平轉換后連接。

安裝GPS衛星定位系統，可以隨時(shí)確定智能測控單元的位置。該系統的GPS接收模塊采用Motorala公司的M12+ONCORE，該模塊的串行通信參數為波特率4800b/s;8位數據位;1位停止位。

測控單元與本地服務(wù)器以及遠程管理機的通信則通過(guò)TCP/IP協(xié)議，但TCP/IP協(xié)議族中的協(xié)議數量龐大，而嵌入式系統的資源有限。因此，合理地對TCP/IP協(xié)議族進(jìn)行裁剪更具意義。TCP/IP協(xié)議的簡(jiǎn)化應該遵循兩個(gè)原則：一是不能改變其面向連接的特性;二是它的簡(jiǎn)化必須能配合其應用層所采用的協(xié)議。本地服務(wù)器和遠程管理機則通過(guò)智能測控單元中的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)實(shí)現與智能測控單元的通信，進(jìn)而讀取信息，發(fā)布執行指令。

3 應用實(shí)例及分析

隨著(zhù)傳感器技術(shù)、半導體制作技術(shù)和嵌入式處理技術(shù)等的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的研究和發(fā)展取得了突飛猛進(jìn)的成果。其應用領(lǐng)域也開(kāi)始從單一軍事領(lǐng)域朝多元化的方向發(fā)展，特別是一些大公司的加入，使無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )在環(huán)境監控、工業(yè)控制、智能城市和智能家居[11]等領(lǐng)域取得了實(shí)際可行的應用成果。在電子技術(shù)越來(lái)越發(fā)達的今天，電子產(chǎn)業(yè)也掀起了一場(chǎng)革命，而人們對生活便捷性的要求也越來(lái)越高。針對該現象，本文在此給出一套基于傳感器網(wǎng)絡(luò )與ARM的智能家居平臺，其主要目的是對住房?jì)鹊幕鹁?、雨水等環(huán)境參數和各種設備進(jìn)行監控與控制，使住戶(hù)無(wú)需親臨現場(chǎng)就可以對分布在不同位置的設備進(jìn)行遠程控制。

3.1 嵌入式測控單元器件選擇與設計

嵌入式測控單元分布在住房?jì)鹊母鱾€(gè)地方，主要負責對現場(chǎng)的信息進(jìn)行采集和對其進(jìn)行控制，其主要功能包括采集住房?jì)葴貪穸鹊拳h(huán)境因素，對各用電器進(jìn)行檢測與控制，實(shí)現與測控服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò )通信與實(shí)現Web服務(wù)器功能。

該系統主要采用的傳感器包含測量濕度與煙霧兩部分。濕度傳感器安裝在窗戶(hù)上，負責采集濕度，根據是否下雨來(lái)控制窗體的開(kāi)關(guān)。本方案采用HM1500作為濕度采集單元，它具有較寬的濕度測量范圍，具體為0%~100%，且不受水浸影響，有極低的溫度依賴(lài)性與良好的線(xiàn)性度?；鹁瘻y量傳感器采用NIS09C，它適合各種高靈敏度煙霧探測與火災報警。

當檢測到濕度高于所規定范圍時(shí)，則調用執行器關(guān)閉窗戶(hù)，反之，則不進(jìn)行操作;當檢測到煙霧時(shí)，也可控制滅火器的開(kāi)關(guān)與門(mén)窗的開(kāi)合，同時(shí)報警器報警，通過(guò)短信通知住戶(hù)來(lái)對火災進(jìn)行有效的避免。

用電器的遠程控制開(kāi)關(guān)是通過(guò)一個(gè)控制電路實(shí)現的，其電路圖如圖3所示。

圖3 遠程控制開(kāi)關(guān)控制電路

微控制器的輸出信號經(jīng)晶體管驅動(dòng)后作為繼電器的輸入信號。當微控制器的輸出為低電平時(shí)晶體管飽和，驅動(dòng)繼電器通電吸合，負載通電;當微控制器輸出為高電平時(shí)，晶體管截止，繼電器斷電釋放，負載斷電。因此通過(guò)遠端管理機可以控制用電器的開(kāi)關(guān)。

3.2 軟件設計要點(diǎn)

對該方案而言，需將濕度、煙霧的監測與蜂鳴器、短信的控制驅動(dòng)程序進(jìn)行編寫(xiě)，在Linux交叉開(kāi)發(fā)平臺中進(jìn)行配置，裁剪多余的驅動(dòng)，留下對本平臺有用的驅動(dòng)，保存后重新編譯，最后將其下載到FLASH當中，而其他的測控服務(wù)器軟件則無(wú)需改變即可使用。

經(jīng)多次測試與實(shí)驗，驗證了該方案的可行性。利用中間件技術(shù)對其進(jìn)行相應的配置，則可使此遠程測控平臺比較寬泛地應用于各個(gè)領(lǐng)域，對于不同的情況，實(shí)際上只是需要更換傳感器和相應的驅動(dòng)程序，而作為上層的數據傳輸及各種應用程序都無(wú)需變化。

4 結語(yǔ)

本文提出了基于傳感網(wǎng)的嵌入式遠程測控平臺的一個(gè)通用Web遠程測控架構，闡述了該系統的結構及系統的關(guān)鍵技術(shù)，包括嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)與Web服務(wù)器技術(shù)等，并通過(guò)在一智能家居系統的成功應用，驗證了此方案的可行性。從該系統所具有的安全性強，成本低，帶有智能，報警及時(shí)，有利于能源節約等特點(diǎn)可看出，研究遠程監測系統，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢，實(shí)現人工智能對社會(huì )進(jìn)步的重要性。