| 标题 | 基于嵌入式系统的远程植物智能养护的设计 |
| 范文 | 吴开兴 雷鹏飞 摘要：借助S5PV210微处理器硬件平台，结合嵌入式web技术以及ZigBee技术，提出了一种基于B/S模式的远程室内植物智能养护系统。该系统嵌入式web服务器基于Linux平台，从而保证了系统的稳定性以及安全性。用户可以通过web浏览器随时随地监测室内的植物，并对植物需求做出相应的调整。该系统具有良好的人机交互界面，是智能家居与智慧农业的结合，具有很高的市场价值。 关键词：S5PV210微处理器；ZigBee；B/S；嵌入式Web服务器 中图分类号：TP338 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）23-0161-03 Abstract： With the help of ARM microprocessor hardware platform， using embedded web technology and ZigBee technology， this paper proposes a remote intelligent indoor plant maintenance system based on B/S model. The system of embedded web server based on Linux platform， which guarantees the system stability and security. The user can monitor the indoor web browser whenever and wherever possible the plant， and make appropriate adjustments to the plant needs. The system has good man-machine interface， is a combination of intelligence and wisdom Home Furnishing of agriculture， has a high market value. Key words： S5PV210； ZigBee； B/S； embedded web server 1 背景 近年来，室内植物的种植作为一个新兴的产业开始迅猛发展，对增加城市绿地面积，改善特定范围内的人居环境有着极其重要的意义[1]。然而现在的植物养护机，智能化程度低，当植物发生紧急状况时不能得到及时补救。为了解决上述问题，有必要开发一款智能化程度高的系统。用户可以通过远程界面来控制植物，让其自动完成紧急状况的处理，实现植物的智能化管理[2]。该系统是智能家居与智慧农业的完美结合，因此该系统是一个极具前景的开发领域。 2 系统总体设计方案 2.1 系统总体框架 该系统从整体上分为三个部分：1）主控制器部分，2）ZigBee无线网络，3）PC端远程访问（包括手机端）。系统总体框架如图1所示。 1）主控制器。系统采用S5PV210处理器，它是整个系统的核心部分，主要功能是负责外部网络与家庭内网的信息交互；同时负责家庭内网数据的处理，向家庭内网发送控制命令。 2）ZigBee无线网络。主要功能是负责家庭内网的组建，将各传感器设备接入一个网络中。ZigBee协调器将主控制器的指令发送给各ZigBee节点，或者将各ZigBee节点采集的数据发送给主控制器。 3）PC端远程访问（包括手机端）。主要功能是通过远程web浏览器访问web服务器。可在任意电脑或者手持设备上，打开浏览器，输入相应的地址，即可访问到web服务器中的数据，也可通过网页发送数据给主控制器，实现远程植物的养护。 2.2 硬件设计 系统原理如图2所示。 该系统以S5PV210为主控制器，操作系统为Linux系统，传感器主要有：温度、CO2浓度、土壤水分、土壤PH值等传感器，移植了嵌入式Web服务器。工作时传感器周期性的采集各项指标，在功耗和及时性方面取得合适的间歇值，实时采集数据，并且发送到控制端，控制端根据获取的数据向终端响应模块下达指令并且将各项数据发送至Web端。终端响应模块获得指令后进行相应的反馈，以完成对植物养护环境的维护。 2.3 软件设计 根据系统需求，嵌入式Web中使用了SQLite数据库。该数据库部分有四个表，分别为：用户表、数据表、命令表、设置表。用户表是用来验证用户登录时的信息的，提高了系统的安全性；数据表用来存储各项数据信息，以便查询；命令表用来存储用户手动下达的命令；设置表主要录入了系统的配置信息。 系统软件流程如下，首先初始化设备；等待传感器与响应终端连接，连接成功后反馈连接成功信息；再次，判断是否有指令发送，若有指令发送，则判断传感器类型，并且把数据存入数据库，若无指令发送系统则检测各项数据并判断对植物是否做出相应养护；最后，若需要调整，判断调整指令并做出相应的响应，若无需调整系统则进入休眠状态，以便节约能源。 系统软件整体流程图如图3所示。 3 嵌入式web服务器的设计 Web服务器选取了小巧高效的Boa服务器，该服务器支持CGI（通用网关接口）技术。整个系统功能是web客户端传送信息给web服务器，web服务器根据获取的信息去启动相应的CGI程序，最后以HTML方式输出执行结果，并返回给浏览器客户端[3]。Boa服务器搭建过程如下： 7）将/etc/mime.types文件拷贝到开发板根文件的etc目录。 重启开发板，执行./boa即可运行该服务器。为服务器分配域名后，输入服务器网址，即可登录到系统的登录界面，再输入用户名密码即可到系统的远程控制界面。用户在该界面可以实时监测植物的各种生长信息，还可通过对应的按钮来对植物进行远程控制[4]。远程web页面如下图4所示： 4 CGI设计 CGI（通用网关接口），是一段运行在web服务器上的程序，它可以让客户端通过浏览器向Web服务器请求数据。Web服务器与CGI之间主要交互方式为环境变量。它定义了CGI的运行环境，当客户发出HTTP请求时，服务器收到请求会将CGI激活，并且调用相应的getenv（）函数。Web服务器为CGI设置了多个环境变量，其中最重要的两个是QUERY_STRING（浏览器端以GET方法输入的数据）、CONTENT_LENGTH（浏览器端以POST输入的数据的字节数）[5]。 CGI程序设计，其代码可用很多语言来写，为了高效方便可以选择C语言来编写CGI，其流程框图如下图5所示： 5 结束语 本文借助ARM微处理器硬件平台，利用ZigBee技术以及嵌入式web技术，设计了一种性价比高，低功耗的远程植物养护系统。系统主要使用JavaScript、HTML进行开发，具有架构简单，开发难度低，系统健壮性好等优点。此外，该系统与其他同类系统相比，具有可剪裁性，可以根据植物生长环境的变化，通过服务器部署，任意增减传感器等设备。综上，该系统通用性强，组网方便，易于维护升级且市场价值高，易于推广。 参考文献： [1] 金荷仙， 史琰， 王雁. 室内植物对人体健康影响研究综述[J]. 林业科技开发， 2008（5）： 14-18. [2] 吴国娟， 高默雷， 刘秀， 等. 室内植物智能养护系统的研发[J]. 天津农业科学， 2014（2）： 105-107. [3] 宋凯， 严丽平， 甘岚. 嵌入式Web服务器的设计与实现[J]. 计算机工程与设计， 2009（4）： 808-810. [4] 张荣荣， 其木苏荣， 李彬， 等. 基于BOA服务器的智能家居控制系统设计[J]. 北京信息科技大学学报：自然科学版， 2013（4）： 88-92，96. [5] 李勇. CGI在嵌入式WEB服务器中的应用和实现[J]. 微计算机信息， 2008（30）： 110-111，184. |
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