基于移动终端的远程温室控制系统的研究

1、基于挪动终端的远程温室控制系统的研究0 引言传统的温室监测系统大多将采集到的信息呈如今PC 机上，再根据温度、湿度、光照等参数信息，由工作人员到现场控制设备，进展增湿或者通风，人工本钱高。基于工业控制机的大型温室监控系统，设备造价高，不适宜我国小规模乡镇农业开展形式。基于单片机的小型温室监控系统，功能非常有限，灵敏度低，不够智能化。基于GSM 的GPRS 分组交换技术平安、可靠，为新一代的预警系统的实现提供了可能性; 但信息传输时延长、响应速度慢，不能满足室内环境的实时监测和快速处理要求。本系统采用嵌入式技术与网络技术相结合的方法，将采集到的温度、湿度、光照强度、CO2浓度等环境信息实时传递到

2、Android ，再通过发送命令控制喷灌设备、通风设备和照明设备，并采用构建好的BOA 效劳器与MJPG - streamer 效劳器通过Internet 技术实现实时监控，到达了精细化作业和智能化管理的目的。1 系统构成远程温室监控系统由信息采集中心、信息处理中心、Android 监控端3 部分组成，如图1 所示。信息采集中心是基于Cortex - M0 进展开发的，其连接各种传感器、喷灌电路、通风电路和照明电路。息后通过ZigBee 无线网络传输给信息处理中心，信息处理中心再通过ZigBee 网络将控制命令传输给信息采集中心。信息处理中心是基于Cortex - A8 内核进展开发的，Web

3、 效劳器BOA 和网络视频效劳器MJPG - streamer 建立于信息处理中心。系统中使用的Sqlite 数据库，因其轻量而广泛应用于嵌入式开发中。系统中Sqlite 数据库建立在信息处理中心，存放全天各个时段采集到的环境信息。为防止信息采集实时性差、构造单一的缺点，本系统用Android 通过Internet 网络与信息处理中心连接，通过登录BOA 效劳器和MJPG - streamer 效劳器实时查看温室监控现场的视频。Android 可以通过GSM 网络发送短信给信息处理中心，信息处理中心接到短信后通过线程发送命令给信息采集中心，完成对设备的智能控制。2 系统硬件2. 1 信息采集中

4、心信息采集中心的核心处理器是由恩智浦公司消费LPC1114 芯片，是基于Cortex - M0 内核的32 位处理芯片。温湿度采集模块采用DHT11 传感器，含有已校准数字信号输出，采用简化单总线通信，连接在LPC11C14 的GPIO 端口。光照强度传感器采用ISL29003，内含I2C 接口和ADC 转换，可从1lux 调节到100 000lux 的光照强度。Cortex - M0 通过GPIO 端连接带光耦的4 路继电器扩展板，分别控制照明电路、通风电路和喷灌电路的通断。ZigBee 模块为ZICM2410，能自动产生中断信号，并支持MIFARE 标准的加密算法。2. 2 信息处理中心信

5、息处理中心具有与信息采集中心一样的Zig-Bee，两者通过ZigBee 完成信息通信。信息处理中心的核心处理器为三星公司消费的S5PV210，采用CortexTM- A8 内核64 /32 位的内部总线构造和最新的ARMV7 指令集。它可以流畅的播放30 帧/ s 的1 920 1 028 像素视频文件。摄像头采用130W 像素的OV9650，摄像后将视频通过MJPG - streamer 网络视频效劳器传递给挪动端。MQ - 2 为气体传感器，通过简单驱动电路经AD 转换后与核心板相连。选择工业级ATK - SIM900A 双频GPRS 模块与Android 通讯，再通过标准RS232 与S

6、5PV210 相连。WiFi那么采用Marvell8686 芯片，挂载到S5PV210 的SPI 总线上。3 软件设计3. 1 信息采集端软件的设计信息采集端软件运行于Cortex - M0 板，完成信息的采集和设备的操作，主要采集温室的温度、湿度、光照强度、气体浓度等，可以控制喷灌设备和通风设备。信息采集模块将采集环境信息的数据以固定的格式通过ZigBee 网络发送给数据分析模块; 信息采集模块可以承受信息分析模块发送的控制设备的命令，并翻开或关闭相应的设备。信息采集端的两个重要的任务是采集信息和监听中断。采集的信息包括设备状态、光感、温湿度、三轴加速度及AD 转换等信息; 通过监听Cort

7、ex - A8 传送的命令产生中断，并控制某个设备工作。Cortex - A8 信息分析端与Cortex - M0 信息采集端之间传送的控制命令采用1 个字节表示，1个字节的8个比特位的命令设置。控制命令由温室编号、设备编号及操作码的与操作获得。3. 2 信息分析端软件的设计一些学者对基于网络的实时控制应用进展了有益的讨论，有的还在因特网上进展了远程控制实验。本系统的信息分析端软件运行于Cortex - A8板，首先需要构建软件运行所需的Web 效劳器BOA和网络视频效劳器MJPG - streamer，分别实现客户端远程登录和远程实时视频监控。Web 效劳器因其小巧而广泛应用于嵌入式系统开发

8、中; 网络视频效劳器MJPG - streamer 经常应用于嵌入式开发，可以使用户通过 访问Linux UVC摄像头。本系统中采用的摄像头是OV9650，挂接于Cortex - A8 板的I2C 总线。信息分析端软件主要包括消息队列接收并分析模块、M0 信息分析模块、M0 设备控制模块、数据库分析模块及摄像头拍照模块等。信息分析端主要完成将信息采集端提交的数据进展分析; 定时将数据存储于数据库; 向信息采集端发送控制命令，远程控制设备; 接收CGI 恳求，并进展相应处理，如翻开设备、抓拍现场画面等等。3. 3 Android 端CGI 程序的设计通用网关接口CGI( Common Gatew

9、ay Interface) 是最重要的WWW 技术之一，是连接外部CGI 程序和Web 效劳器的接口。Android 控制端通过 以网页登录到BOA 效劳器，以提交表单的形式触发CGI 程序，BOA 效劳器会为其创立出一个进程，进展处理。本系统中的CGI 程序通过发送消息队列的形式向信息分析端发送消息恳求。信息分析端接收到消息恳求后进展分析，并进展必要的处理。CGI 程序主要包括喷灌设备、光照设备、通风设备的控制和通过 协议将环境信息呈现于HTML 界面4 个主要方面的设计。4 实验在天津市生态宝坻现代农业综合开展实验基地温室内，铺设设备进展现场实验。为了模拟摄像头沿轨道挪动，将摄像头放置于可

10、挪动支架上; 将带光耦的4 路继电器接入通风、喷灌、照明电路; 将环境数据、设备工作状态信息及图像信息发送到Android ，实时监控，视频明晰。实验中，预先设定环境因子上下限，当超过预定值时，系统自动发出报警短信给Android ，用户可通过Android 控制通风、照明、喷灌电路，控制灵敏。与现场采集的信息进展比照，经计算，温湿度、CO2浓度等环境参数在97. 21%的时间内保持在预定范围内。5 结论1) 本系统采用无线网络技术解决了温室内布线繁琐的问题，当温室内植物品种改变时，不再需要改变线路。2) 采用Android 为设备控制器，解决了温室监控工作需要受特定地点限制的问题。工作人员无论走到哪里，都可以通过监控控制温室内工作，降低人力本钱。3) 采用Android 为温室环境显示器，不再需要为PC 机或者LED 显