基于ARM與Web的養(yǎng)殖場遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

陳光輝+王巍琳

摘要摘要：隨著時代不斷發(fā)展，規(guī)?；B(yǎng)殖的進程也不斷加快，高效的管理機制越來越受到重視。然而，目前養(yǎng)殖場面臨自動化程度低、監(jiān)控系統(tǒng)布線困難，以及費用高等缺陷。針對該現(xiàn)狀，提出一種基于ARM+WiFi+Web的一套全方位自動化的養(yǎng)殖場遠程監(jiān)控系統(tǒng)，有效實現(xiàn)養(yǎng)殖場的信息化管理。嵌入式服務層的核心芯片采用STM32，在嵌入式終端搭建Linux操作系統(tǒng)環(huán)境，并編寫相應的應用程序。用戶層可以通過Internet網(wǎng)絡遠程實時監(jiān)控養(yǎng)殖場養(yǎng)殖系統(tǒng)。

關鍵詞關鍵詞：遠程監(jiān)控；STM32；WiFi；Web；Linux

DOIDOI：10.11907/rjdk.162295

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）001007802

引言

隨著時代不斷發(fā)展，規(guī)?；B(yǎng)殖的進程也隨之加快，其逐漸成為主要的養(yǎng)殖方式。這使得養(yǎng)殖戶在養(yǎng)殖牲畜時，會更加關心環(huán)境監(jiān)測及調控，還有疫病的預防和控制。但是，以往的人工監(jiān)測及調控存在很多缺點，比如監(jiān)測和調控效率低下、經(jīng)濟效益偏低，以及不能及早發(fā)現(xiàn)病況，給規(guī)模化養(yǎng)殖帶來很大阻礙。針對這種現(xiàn)狀，目前很多規(guī)模化養(yǎng)殖場已采用傳感器檢測牲畜圈的溫度、濕度、光照及有害氣體濃度等環(huán)境信息，并對其進行實時控制，但存在信息采集實時性差、功能單一等缺點[12]；也有采用模擬攝像機進行視頻監(jiān)控，但存在布線難、費用高等缺點。這些方式本質上還是采用人工觀察的方式監(jiān)測牲畜行為，這樣做不僅浪費時間和精力，而且人工觀察得到的數(shù)據(jù)帶有較強的主觀性，不利于精確、穩(wěn)定、連續(xù)地記錄[3]。

因此，本文提出了基于ARM+WiFi+Web 的一套全方位自動化的養(yǎng)殖場遠程監(jiān)控系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的控制下，通過ARM處理環(huán)境和健康數(shù)據(jù)，采用無線保真（WIreless FIdelity，WiFi）傳輸技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程采集與實時監(jiān)控[4]，客戶端通過Web直接遠程訪問，不需要任何客戶端軟件。

1系統(tǒng)功能

整個系統(tǒng)由硬件及軟件組成。其中，硬件主要由用戶端、網(wǎng)絡、嵌入式終端（服務器）和控制設備構成（見圖1）。用戶端主要是通過智能設備（PC、手機等）接入Internet網(wǎng)絡，在智能設備的瀏覽器上將嵌入式服務器IP地址輸入即可，之后便可遠程監(jiān)視和控制整個養(yǎng)殖系統(tǒng)的實時情況；網(wǎng)絡情況，主要是通過WiFi入網(wǎng)，并通過Internet網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)；嵌入式終端（服務器）是本系統(tǒng)的核心部分，主要負責對養(yǎng)殖場設備和環(huán)境的數(shù)據(jù)采集分析處理以及對用戶命令的響應；控制設備主要包括傳感器模塊、風機控制模塊和視頻監(jiān)控模塊3個模塊。傳感器模塊由各傳感器組成（溫濕度傳感器、NH3傳感器等），主要負責采集現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)；風機控制模塊（見圖2）是通過中央處理芯片（STM32F103ZET6）采集分析數(shù)據(jù)控制風機的運轉狀態(tài)；視頻監(jiān)控模塊，是通過在每個養(yǎng)殖圈放置USB攝像頭，然后由嵌入式服務器通過應用程序將視頻數(shù)據(jù)進行讀取，最后將JavaScript嵌入到網(wǎng)頁上，從而在網(wǎng)頁上顯示視頻數(shù)據(jù)，這樣用戶通過網(wǎng)頁即可遠程監(jiān)測到每一個養(yǎng)殖圈的具體情形。 軟件主要是系統(tǒng)環(huán)境搭建，即在Linux操作系統(tǒng)上安裝基本服務、編寫攝像頭驅動、編譯U-Boot和內核、制作文件系統(tǒng)[5]。

2硬件設計

嵌入式終端核心控制器采用ST公司的基于ARM CORTEX-M3內核STM32F103ZET6處理器，此外，還擴展了64MB NADA FLASH、64MB的SDRAM、一個USB接口、一個WIRELESS接口。將攝像頭連接到USB口采集圖像以及通過各傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，通過與WIRELESS接口連接的WiFi模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。WiFi模塊采用板載ai-thinker公司的ESP8266模塊的ATK-ESP8266。系統(tǒng)將WiFi網(wǎng)絡和Internet作為通信承載網(wǎng)絡，當牲畜排泄出現(xiàn)異常行為時（通過圖像處理技術分析生長過程中各狀態(tài)下出現(xiàn)的異常行為）[6]，報警圖像通過WiFi網(wǎng)絡經(jīng)Internet發(fā)送到客戶端。

本文中系統(tǒng)軟件設計主要包括搭建Linux+ Boa服務器+Sqlite3數(shù)據(jù)庫環(huán)境，Linux下的應用程序開發(fā)以及WiFi網(wǎng)絡軟件設計[7]。

3.1Linux系統(tǒng)移植

首先在STM32F103ZET6開發(fā)板上移植嵌入式Linux2.6.38.4內核以及Yaffs文件系統(tǒng)，構建一個基本的ARM+Linux平臺[8]，再在其上移植Boa服務器[9]。BOA 服務器是一個非常小巧的快速和安全的嵌入式Web服務器[10]，能夠生成動態(tài)頁面，用戶只需通過Web瀏覽器就能查看現(xiàn)場的實時情況。數(shù)據(jù)存儲媒介是通過移植Sqlite3數(shù)據(jù)庫獲得。

3.2外設驅動編寫

底層驅動是在Linux內核下開發(fā)出來的，底層驅動有：WiFi驅動、USB攝像頭驅動以及串口驅動等，并將相應的API提供給應用程序。在結構體中定義I/O口、外設的初始化及中斷等函數(shù)，并使驅動程序和系統(tǒng)調用之間相互關聯(lián)。應用程序調用I/O口函數(shù)讀取外設中的數(shù)據(jù)時，最終會調用結構體中的對應函數(shù)。

3.3Linux系統(tǒng)下的應用程序開發(fā)

應用程序主要有兩個功能：①處理WiFi傳送過來的數(shù)據(jù)，將WiFi發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行分析處理，之后存儲到數(shù)據(jù)庫中，并作出相應決策，判斷是否需要更改風機狀態(tài)以及是否存在病豬，如果需要，通過向WiFi網(wǎng)絡發(fā)送對應指令來控制風機作出相應改變或者通過Internet向用戶發(fā)送報警圖像；②對用戶的需求進行處理，并編寫與之相對應的CGI來回應用戶請求，將養(yǎng)殖場的情況通過CGI顯示到網(wǎng)頁上，同時，用戶可通過在瀏覽器的網(wǎng)頁上發(fā)送相應指令控制對應設備，從而達到遠程監(jiān)控的目的。

4結語

本文提出了一種基于ARM+WiFi+Web的遠程智能化自動監(jiān)測養(yǎng)殖場的方法。通過嵌入式技術，很好地解決了傳統(tǒng)人工檢測控制效率低下、經(jīng)濟效益低等問題。通過無線通信技術與Web技術[11]，解決了目前監(jiān)控系統(tǒng)布線難的問題，提供了一種遠程監(jiān)控牲畜、遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)及智能調控的養(yǎng)殖系統(tǒng)。

本研究是一個較好的探索，系統(tǒng)核心硬件僅包含CORTEX-M3處理器、WIRELESS接口、WiFi模塊和USB攝像頭，在系統(tǒng)上運行的嵌入式Linux操作系統(tǒng)是不收費的，一套產(chǎn)品的費用能夠為大眾所接受?？梢灶A見，該系統(tǒng)在智能化牲畜養(yǎng)殖業(yè)中將會有很廣闊的應用前景。

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