基于嵌入式Web服務的智能化糧情監控系統的研究與應用

朱楠

摘 要：該智能化糧情監控系統的核心模塊主要采用S3C2440微處理器和嵌入式boa網絡服務器的方法開發。該系統能夠實現大型糧倉內部環境監控的自動化和遠端控制功能。

關鍵詞：微處理器；嵌入式boa；糧情監控系統；數據庫

中圖分類號： TP274.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

引言

糧食的生產和儲備是關系民生的非常重要的內容。將嵌入式技術應用到糧情監控系統，可以有效的提高國家的相關部門對糧食的生產和儲備情況掌握的可靠性，同時也提高了糧食管理的智能化程度[1]。本文設計的糧情監控系統就是將Web服務嵌入其中，從而更有效的提高糧食管理的智能化程度。

1 系統結構

采集終端，集中器單元，接入互聯網的pc機三部分構成了本文所說的智能化糧情監控系統，其系統結構框圖如圖1所示。315MHz的無線通信是采集終端的核心部分，其主要功能是路由選擇，自組網，將采集信息自動上傳等。系統采集部分主要完成糧食采集倉庫中有關溫度、濕度、病蟲害、水分等數據信息，管理人員可以根據采集上來的相關數據值控制糧倉的存儲環境。集中器單元連接終端采集設備和后臺具有互聯網功能的pc控制設備，采集終端傳送過來的節點數據信息也能通過集中器單元存儲到SQLite3數據庫中。無線傳遞是集中器單元與采集中設備之間所采用的數據傳遞方式。遠距離監控是由集中器單元設備與負責糧倉數據查看和發送控制數據到糧倉終端節點通過互聯網通信完成。處理器S3C2440作為集中器單元設備中的主要部件，同時包含Linux操作系統，嵌入式web服務器、嵌入式Sqlite3數據庫軟件。遠端pc后臺的監控功能主要依靠嵌入[2]。管理人員通過具有互聯網功能的pc機登錄到移植有嵌入式web功能的集中器單元，并在系統的控制頁面中輸入集中器單元的ip地址即可實現對智能化糧情監控系統終端設備的控制操作。

2 系統硬件設計

集中器單元硬件和采集終端硬件構成本文所講的智能化糧情監控系統的硬件設計部分。

2.1 集中器單元硬件設計

控制采集終端模塊，Web的各項功能，將采集數據存儲至數據庫等功能主要通過集中器單元的開發模塊實現[3]。數據的收發以及各種消息的控制交換都是由無線通信模塊完成[4]。集中器單元的功能主要有以下幾點：

（1） 采用 Samsung S3C2440A為微處理器，并采用專業穩定的CPU內核電源芯片和復位芯片來保證系統運行時的穩定性；

（2） Samsung S3C2440A最高主頻可到達533MHz，程序處理速度快；

（3） 具有100M以太網RJ-45接口（采用DM9000網絡芯片），支持互聯網通信；

（4） 具有SPI接口，能夠完成無線傳輸；

（5） 支持Linux操作系統。

2.2 采集終端硬件設計

采集終端硬件設計中的處理單元主要使用TI公司生產的16位低功耗單片機MSP430413，使用Dallas公司的溫度傳感器DS18B20及Sensirion公司的濕度傳感器SHT11和水分傳感器FDS100。TI公司的CC1100射頻芯片被用于該設計的無線通信部分。接受發送數據是在無線模塊中通過無線通信完成，即在CC1100模塊中完成；實際環境中得到的物理數據通過傳感器轉變成數字數據，以上內容全部在處理器中完成。

3 系統軟件設計

集中器單元與采集終端的軟件設計是整個系統軟件設計的兩個主要部分[5]。Linux操作系統、嵌入式web服務器boa、嵌入式數據庫Sqlite3的使用和web網頁與CGI接口程序的設計是集中器單元的軟件設計的主要內容。傳感器節點數據采集、處理，收發CC1100模塊數據等功能主要采用C語言編寫由數據采集終端軟件完成。

3.1 集中器軟件設計實現

該糧情監控系統采用Linux操作系統，將Linux文件放置在對應的硬件設備上，在交叉編譯之后，產生內核鏡像文件用于下載，同時設置合適硬件設備使用的Boot loader及方便文件管理的嵌入式文件系統，在硬件設備的Nand flash中按一定順序把以上內容下載好。另外，在本嵌入式系統中使用運行速度快且代碼量小的Boa服務器。存儲數據采用嵌入式數據庫Sqlite3。

用于web服務的web頁面和CGI程序是集中器部分的軟件設計的主要部分，第一步，完成用戶與web服務器交互界面的設計是通過建立web頁面文檔和表單項實現的。接下來，用戶在Web頁面填寫的表單數據通過CGI應用程序獲取，硬件所能執行的相應操作也通過以上表單數據控制，從而獲得其他模塊中的無線數據，存放在Sqlite3數據庫中的無線數據是通過在CGI程序中的Sqlite3提供的操作數據庫的API接口完成的，用戶通過瀏覽器到web頁面查看最終的數據結果。

3.2 采集終端軟件設計實現

傳感器數據采集模塊和無線數據傳輸模塊程序，以及用于處理數據命令的主程序模塊這三部分是采集終端軟件設計的主要內容。采集終端初始為休眠狀態，傳感器數據在一定時間間隔之后通過定時器采集，集中器單元模塊可以儲存以上數據，喚醒指令可以喚醒處于睡眠狀態的無線模塊，本機數據的處理，包括控制命令及讀取數據等操作都需要通過該無線模塊發送數據的ID號來判斷，反之如果為非本機數據就會被丟棄。采集終端軟件設計流程如圖3所示。

4 結語

可靠性高、操作性強、數據準確是該糧情監控系統的特點，該系統通過采用嵌入式boa服務器和嵌入式Sqlite3數據庫軟件等方式有效的實現了大型糧倉內部環境監控的自動化和遠端控制功能。

參考文獻

[1] 朱群峰，黃磊等.基于DS18B20的單總線多路溫度采集系統[J].儀表技術，2008，（12）：29～30.

[2] 張小川.Modbus設備嵌入式網頁控制方法的研究與實現[J].科技風，2014，（20）：26～27.

[3] 李浩峰. 嵌入式WEB服務器的設計與實現研究[J]. 河南科技，2015， （21）：2.

[4] 孫輝，陸松年，楊樹堂.基于Linux和S3C2410的嵌入式Web server的研究與實現[J].計算機應用與軟件，2007，24（2）：134～136.

[5] 徐曉峰，李臨生，閆慶森.ARM11和Linux在網絡視頻實時監控系統中的應用[J].云南民族大學學報，2013，22（5）：364～368.