基于嵌入式Web服务器的智能温室监控系统

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  • 摘 要 阐述了一个温室大棚的自动控制系统。该系统使用Luminary公司的LM3S102处理器以及精简的TCP/IP协议栈,构建了嵌入式Web服务器,实现基于以太网的智能温室大棚监控功能。系统通过对光照强度、温度、湿度等信号的采集,使用户可以在任意计算机终端上通过IE浏览器远程监控大棚状态,实现对大棚电动卷帘机、温室电热器、植物生长灯、微管喷滴灌等系统的实时控制。用户也可通过LCD屏与键盘实现大棚的实地监控。系统采用PoE技术,不需要额外的输电线,充分利用了LM3S102外设,使测控系统适应基层生产的需要。
    关键词 温室监控 嵌入式 以太网供电 协议栈 Web服务器 LM3S102


        现代化的温室监控系统用来实时采集温室内温度、湿度、光照、土壤温度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数,根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。当温湿度超过设定值的时候,自动开启或者关闭指定设备。现有的温室监控系统采用无线方式的居多,且传输范围有限,价格比较昂贵,与其他系统的兼容性不好。本设计提出基于以太网的温室监控系统,使用Luminary公司的LM3S102处理器,在其有限的内存空间上构建精简的TCP/IP协议栈,实现通用的嵌入式Web服务器,实现基于以太网的智能温室大棚监控功能。


    1 系统设计
        系统由传感器子系统、Web服务器子系统、外设控制子系统、人机接口子系统4个部分组成。基本结构如图1所示。

        系统工作流程简述如下:通过传感器子系统采集,获得温室中的光照、温度、湿度等关键信息后处理加工,变成可以经TCP/IP协议传输的以太网数据包。数据传输采用监控终端计算机主动获取的方式,可以始终获取,也可以在需要的时候获取。监控终端计算机只需具备通用的IE浏览器,即可访问嵌入式Web服务器的控制界面,查看每一个温室监控节点的数据信息,实现对大棚电动卷帘机、温室电热器、植物生长灯、微管喷滴灌等系统的实时控制。
        本文从4个部分介绍系统的设计与实现,先从硬件角度构建主要的传感器子系统、Web服务器子系统、外设控制子系统,然后从软件角度出发,设计实现精简的TCP/IP协议栈。
    1.1 传感器子系统
        考虑到LM3S102接口有限,传统的模拟传感器需要A/D转换后方可使用,不适合本系统。设计选用I2C接口的数字传感器SHT10,该传感器将外界环境的湿度、温度信息采集以后存储在自身内存中,将其挂接在LM3S102处理器的I2C总线上实现数据的读取。在后续部分可以看到,I2C总线上还挂接了用来扩展I/O口的专用芯片。温度与湿度传感器电路如图2所示。

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