王建強(qiáng)

(榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 榆林 719000)

基于嵌入式web的農(nóng)作物遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

王建強(qiáng)

(榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 榆林 719000)

采用三星S5PV210作為嵌入式Web網(wǎng)關(guān)，以cc2530模塊組成Zigbee無線傳感網(wǎng)，設(shè)計實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng).測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以完成通過遠(yuǎn)程計算機(jī)對影響農(nóng)作物生長的環(huán)境傳感數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，包括：空氣溫濕度、光照度、土壤溫度、CO2濃度、土壤水分、土壤鹽度(EC)、水溶氧、水質(zhì)pH值等，具有一定的實際應(yīng)用推廣價值.

物聯(lián)網(wǎng)；Zigbee； 環(huán)境監(jiān)測

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

0 引言

近十幾年來，在整個世界范圍內(nèi)，現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)得到了長足的發(fā)展，這對于傳統(tǒng)的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)采集方式，提出了新的挑戰(zhàn).傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式，以人工采集監(jiān)測為主，且多依靠勞動者的經(jīng)驗來對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，造成了勞動生產(chǎn)率低下，浪費人力物力等，也有一些盡管已經(jīng)采用了部分計算機(jī)自動化技術(shù)，但多數(shù)仍不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程采集監(jiān)控功能[1].特別是當(dāng)農(nóng)作物的種植面積達(dá)到一定的規(guī)模后，數(shù)據(jù)的精確采集監(jiān)測編的越來越困難.本文提出了將無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于數(shù)據(jù)采集，遠(yuǎn)端采用Zigbee加環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器的方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集完后通過系統(tǒng)的串口，由Zigbee節(jié)點設(shè)備將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)角度胧较到y(tǒng)，并在該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，由嵌入式Web服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布的方式，最終可以實現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測.

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

該系統(tǒng)主要由三部分組成，分別為無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境數(shù)據(jù)采集部分、嵌入式Web網(wǎng)關(guān)部分以及遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)監(jiān)測部分.具體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示.

其中嵌入式Web網(wǎng)關(guān)部分采用三星公司的S5PV210微控制器為核心的嵌入式系統(tǒng)作為硬件平臺，系統(tǒng)軟件采用嵌入式Linux，以boa作為Web服務(wù)器，采用串口接收來自Zigbee節(jié)點模塊的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過處理后，由boa服務(wù)器對外發(fā)布該數(shù)據(jù)信息[2]；無線傳感網(wǎng)絡(luò)部分，采用TI公司的cc2530作為節(jié)點模塊，組成對等網(wǎng).其中協(xié)調(diào)器模塊負(fù)責(zé)接收來自其他個節(jié)點模塊的數(shù)據(jù)信息，并通過串口，與嵌入式Web網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，傳輸信息；除協(xié)調(diào)器模塊的各個節(jié)點模塊，每一模塊都接有一個數(shù)據(jù)采集傳感器，包括空氣溫濕度、光照度、土壤溫度、CO2濃度、土壤水分、土壤鹽度(EC)、水溶氧、水質(zhì)pH值傳感器等.系統(tǒng)監(jiān)測終端采用PC機(jī)，該PC機(jī)通過LAN或者INTERNET訪問嵌入式Web網(wǎng)關(guān)的boa服務(wù)器，從而實時的獲取農(nóng)作物生長環(huán)境信息.

圖2 Zigbee協(xié)調(diào)器模塊原理圖

2 系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

Zigbee協(xié)調(diào)器模塊原理圖如圖2所示.

該模塊通過Zigbee無線通信協(xié)議與其他Zigbee模塊通信，獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，其中，P0.2和P0.3端口分別接嵌入式Web網(wǎng)關(guān)的UART0 RXD和UART0 TXD端口，通過串口與嵌入式Web網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)[3].

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn)

嵌入式Web網(wǎng)關(guān)服務(wù)器軟件分為三部分：即Socket服務(wù)器端、Socket客戶端和Web服務(wù)器頁面程序.

服務(wù)器端Socket程序的實現(xiàn)過程如下：

首先，main函數(shù)開啟一個線程來監(jiān)聽底層的Zigbee模塊信息發(fā)送情況；接下來啟動接收線程，接收socket客戶端發(fā)送過來的命令信息，解析命令;然后在跳到響應(yīng)的接口，進(jìn)一步的調(diào)用底層接口，完成信息的反饋[4].

Main函數(shù)關(guān)鍵代碼如下：

int main(int argc ,char** argv)

{

int listen;env_io env_io_watcher;

ComPthreadMonitorStart();//開啟Zigbee后臺線程(底層)signal(SIGPIPE,SIG_IGN);

printf("start com monitor ");

listen=socket_init(argv);

struct env_loop *loop = env_default_loop(EVBACKEND_EPOLL); env_io_init(&env_io_watcher, accept_callback,listen, ENV_READ); env_io_start(loop,&env_io_watcher); //開啟一個接收線程，接收客戶端信息 env_loop(loop,0);

env_loop_destroy(loop);

ComPthreadMonitorExit();

printf("exit com monitor ");

return 0;

}

Socket客戶器端的實現(xiàn)過程如下： 客戶端程序主要是用于同服務(wù)器端進(jìn)行交互得到，實現(xiàn)為上層的Web服務(wù)器程序提供封裝好的接口，上層Web服務(wù)器程序直接調(diào)用[5]，實現(xiàn)的接口如下：

int ZigbeeAp_GetConnect(int port);//連接服務(wù)器的port端口

bool ZigbeeAp_Cliect_ZigBeeNwkDetect(void);//進(jìn)行Zigbee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測，可獲得是否在線 bool ZigbeeAp_Cliect_GetZigBeeNwkInfo(NwkDesp *pNwkDesp);

//獲得Zigbee網(wǎng)絡(luò)的基本信息

bool ZigbeeAp_Cliect_SetSensorWorkMode(unsigned char Mode);

//設(shè)置中斷型傳感器的模式

DeviceInfo*ZigbeeAp_Cliect_GetZigBeeDevInfo(unsigned int nwkaddr);

//獲得Zigbee的設(shè)備信息

NodeInfo*ZigbeeAp_Cliect_GetZigBeeNwkTopo(int *state);

//獲得Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)鏈表

int ZigbeeAp_Cliect_GetTempHum();//獲得溫濕度值

bool ZigbeeAp_Cliect_SendGprsMessage(char *phone,char *data,int datalen);

//進(jìn)行GPRS短信報警

bool ZigbeeAp_Cliect_ClearIntlock();//清除中斷型傳感器狀態(tài)鎖

3 測試結(jié)果

此次測試是在局域網(wǎng)環(huán)境下測試的，嵌入式Web服務(wù)器通過無線網(wǎng)卡，連接到無線路由器，PC機(jī)通過無線網(wǎng)卡，連接到無線路由器，從而PC機(jī)通過瀏覽器，可以訪問嵌入式Web網(wǎng)關(guān)的Web服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)置如下：PC機(jī)的ip設(shè)為192.168.1.3，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)為192.168.1.1；嵌入式Web網(wǎng)關(guān)的ip設(shè)為192.168.1.2，子網(wǎng)掩碼255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)為192.168.1.1.PC機(jī)操作系統(tǒng)為winXP，測試結(jié)果如圖3所示.

圖3 測試結(jié)果

4 結(jié)語

本文設(shè)計實現(xiàn)了一個可以通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測控制的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以大大提高勞動作業(yè)人員的工作效率，同時也可以提高農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確度和精度，通過對這些數(shù)據(jù)，如空氣溫濕度、光照度、土壤溫度、CO2濃度、土壤水分、土壤鹽度(EC)、水溶氧、水質(zhì)PH值等的進(jìn)一步的處理，可以為農(nóng)作物生產(chǎn)的決策提供進(jìn)一步的數(shù)據(jù)支持.該系統(tǒng)具有一定的推廣應(yīng)用價值.

[1]劉云浩. 物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[2]劉洋，張鋼，韓璐.基于物聯(lián)網(wǎng)與云計算服務(wù)的農(nóng)業(yè)溫室智能化平臺研究與應(yīng)用 [J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2013，30(11)：3331-3335.

[3]黎貞發(fā)，王鐵，宮志宏，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的日光溫室低溫災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)及應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29(4)：229-236.

[4]孫忠富，杜克明，尹首一.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢與農(nóng)業(yè)應(yīng)用展望[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2010(5)：5-8.

[5]包長春，石瑞珍，馬玉泉，等.基于 ZigBee 技術(shù)的農(nóng)業(yè)設(shè)施測控系統(tǒng)的設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23(8)：160-1164.

責(zé)任編輯：時凌

DesignofCropRemoteEnvironmentalMonitoringSystemBasedonEmbeddedWeb

WANG Jianqiang

(School of Information Engineering,Yulin University,Yulin 719000,China)

In this paper, an agricultural IOT remote environmental monitoring system is designed by used Samsung S5PV210 as the embedded Web gateway, and the ZigBee wireless sensor network was established with using cc2530 as the core module. The test results show that, those data affecting crop growth, such as Iair temperature and humidity, illumination, temperature, soil CO2concentration, soil moisture, soil salinity (EC), dissolved oxygen, pH, water quality, is available through this system by using a remote PC.And the design is of certain spreading value.

The Internet of things； ZigBee； environmental monitoring

2014-04-18.

榆林學(xué)院重點科研項目(12YK34).

王建強(qiáng)(1977- )，男，碩士，講師，主要從事網(wǎng)絡(luò)安全及嵌入式系統(tǒng)的研究.

TP393；S24

A

1008-8423(2014)02-0215-03