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基于无线传感网的嵌入式远程测控系统研究

2011年11月24日 ?? 收藏0

2.2 Web应用技术

该系统采用B/S模式,为了能够从测控服务器或测控管理机通过浏览器直接访问智能测控单元,在智能测控单元中必须具备Web服务器功能。在嵌入式Linux平台下,使用.Boa作为Web服务器,可以使系统稳定高效地在目标系统中运行,并且使用和维护方便,可靠性高。嵌入式Web服务器Boa和普通Web服务器一样,能够完成接收客户端请求、分析请求、响应请求、向客户端返回请求结果等任务。与其他传统的Web服务器不同的是Boa具有很高的HTTP请求处理速度和效率,在嵌入式系统中具有很高的应用价值。

Boa程序的移植主要分为以下几个步骤:

(1)针对ARM-Linux系统下载Boa源码并解压之;

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

(3)配置Boa服务器后下载Boa服务器。将编译后的二进制文件下载到FLASH之中后Web服务器则具有了Web服务器功能。

2.3 数据通信技术

该系统的通信主要包括有线网络、无线网络、GPRS,GPS和定制协议通信。

由于GPRS具有众多的优点,在数据通信业务中得到了非常广泛的应用,所以在该系统的设计中选用了西门子公司的GPRS模块MC35来传输采集的数据。MC35模块支持GSM900和GSM1800双频网络,接收速率可达86.20 Kb/s,发送速率可达21.5 Kb/s,并且很容易集成,它和ARM2440处理器的UART1接口经TTL 232电平转换后连接。

安装GPS卫星定位系统,可以随时确定智能测控单元的位置。该系统的GPS接收模块采用Motorala公司的M12+ONCORE,该模块的串行通信参数为波特率4 800 b/s;8位数据位;1位停止位。

测控单元与本地服务器以及远程管理机的通信则通过TCP/IP协议,但TCP/IP协议族中的协议数量庞大,而嵌入式系统的资源有限。因此,合理地对TCP/IP协议族进行裁剪更具意义。TCP/IP协议的简化应该遵循两个原则;一是不能改变其面向连接的特性;二是它的简化必须能配合其应用层所采用的协议。本地服务器和远程管理机则通过智能测控单元中的动态网页实现与智能测控单元的通信,进而读取信息,发布执行指令。

3 应用实例及分析

随着传感器技术、半导体制作技术和嵌入式处理技术等的发展,无线传感器网络的研究和发展取得了突飞猛进的成果。其应用领域也开始从单一军事领域朝多元化的方向发展,特别是一些大公司的加入,使无线传感网络在环境监控、工业控制、智能城市和智能家居等领域取得了实际可行的应用成果。在电子技术越来越发达的今天,电子产业也掀起了一场革命,而人们对生活便捷性的要求也越来越高。针对该现象,本文在此给出一套基于传感器网络与ARM的智能家居平台,其主要目的是对住房内的火警、雨水等环境参数和各种设备进行监控与控制,使住户无需亲临现场就可以对分布在不同位置的设备进行远程控制。

3.1 嵌入式测控单元器件选择与设计

嵌入式测控单元分布在住房内的各个地方,主要负责对现场的信息进行采集和对其进行控制,其主要功能包括采集住房内温湿度等环境因素,对各用电器进行检测与控制,实现与测控服务器的网络通信与实现Web服务器功能。

该系统主要采用的传感器包含测量湿度与烟雾两部分。湿度传感器安装在窗户上,负责采集湿度,根据是否下雨来控制窗体的开关。本方案采用HM1500作为湿度采集单元,它具有较宽的湿度测量范围,具体为0%~100%,且不受水浸影响,有极低的温度依赖性与良好的线性度。火警测量传感器采用NIS-09C,它适合各种高灵敏度烟雾探测与火灾报警。

当检测到湿度高于所规定范围时,则调用执行器关闭窗户,反之,则不进行操作;当检测到烟雾时,也可控制灭火器的开关与门窗的开合,同时报警器报警,通过短信通知住户来对火灾进行有效的避免。

用电器的远程控制开关是通过一个控制电路实现的,其电路图如图3所示。

微控制器的输出信号经晶体管驱动后作为继电器的输入信号。当微控制器的输出为低电平时晶体管饱和,驱动继电器通电吸合,负载通电;当微控制器输出为高电平时,晶体管截止,继电器断电释放,负载断电。因此通过远端管理机可以控制用电器的开关。

3.2 软件设计要点

对该方案而言,需将湿度、烟雾的监测与蜂鸣器、短信的控制驱动程序进行编写,在Linux交叉开发平台中进行配置,裁剪多余的驱动,留下对本平台有用的驱动,保存后重新编译,最后将其下载到FLASH当中,而其他的测控服务器软件则元需改变即可使用。

经多次测试与实验,验证了该方案的可行性。利用中间件技术对其进行相应的配置,则可使此远程测控平台比较宽泛地应用于各个领域,对于不同的情况,实际上只是需要更换传感器和相应的驱动程序,而作为上层的数据传输及各种应用程序都无需变化。

4 结语

本文提出了基于传感网的嵌入式远程测控平台的一个通用Web远程测控架构,阐述了该系统的结构及系统的关键技术,包括嵌入式技术、通信技术与Web服务器技术等,并通过在一智能家居系统的成功应用,验证了此方案的可行性。从该系统所具有的安全性强,成本低,带有智能,报警及时,有利于能源节约等特点可看出,研究远程监测系统,发挥网络优势,实现人工智能对社会进步的重要性。


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传感网? 远程测控? 嵌入式系统? 微处理器?

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