基于WSN和GPRS的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)

2.2 Web應(yīng)用技術(shù)

該系統(tǒng)采用B/S模式，為了能夠從測(cè)控服務(wù)器或測(cè)控管理機(jī)通過(guò)瀏覽器直接訪問(wèn)智能測(cè)控單元，在智能測(cè)控單元中必須具備Web服務(wù)器功能。在嵌入式Linux平臺(tái)下，使用Boa作為Web服務(wù)器，可以使系統(tǒng)穩(wěn)定高效地在目標(biāo)系統(tǒng)中運(yùn)行，并且使用和維護(hù)方便，可靠性高。嵌入式Web服務(wù)器Boa和普通Web服務(wù)器一樣，能夠完成接收客戶端請(qǐng)求、分析請(qǐng)求、響應(yīng)請(qǐng)求、向客戶端返回請(qǐng)求結(jié)果等任務(wù)。與其他傳統(tǒng)的Web服務(wù)器不同的是Boa具有很高的HTTP請(qǐng)求處理速度和效率，在嵌入式系統(tǒng)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

Boa程序的移植主要分為以下幾個(gè)步驟：

(1)針對(duì)ARM-Linux系統(tǒng)下載Boa源碼并解壓之;

(2)生成并修改Makefile文件，修改CC=gcc為CC=/usr/local/arm/2.95.3/bin/armlinuxgcc修改CPP=gccE為CPP=/usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-gcc-E;

(3)配置Boa服務(wù)器后下載Boa服務(wù)器。將編譯后的二進(jìn)制文件下載到FLASH之中后Web服務(wù)器則具有了Web服務(wù)器功能。

2.3 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

該系統(tǒng)的通信主要包括有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、GPRS，GPS和定制協(xié)議通信。

由于GPRS具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，所以在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中選用了西門子公司的GPRS模塊MC35來(lái)傳輸采集的數(shù)據(jù)。

MC35模塊支持GSM900和GSM1800雙頻網(wǎng)絡(luò)，接收速率可達(dá)86.20Kb/s，發(fā)送速率可達(dá)21.5Kb/s，并且很容易集成，它和ARM2440處理器的UART1接口經(jīng)TTL232電平轉(zhuǎn)換后連接。

安裝GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以隨時(shí)確定智能測(cè)控單元的位置。該系統(tǒng)的GPS接收模塊采用Motorala公司的M12+ONCORE，該模塊的串行通信參數(shù)為波特率4800b/s;8位數(shù)據(jù)位;1位停止位。

測(cè)控單元與本地服務(wù)器以及遠(yuǎn)程管理機(jī)的通信則通過(guò)TCP/IP協(xié)議，但TCP/IP協(xié)議族中的協(xié)議數(shù)量龐大，而嵌入式系統(tǒng)的資源有限。因此，合理地對(duì)TCP/IP協(xié)議族進(jìn)行裁剪更具意義。TCP/IP協(xié)議的簡(jiǎn)化應(yīng)該遵循兩個(gè)原則：一是不能改變其面向連接的特性;二是它的簡(jiǎn)化必須能配合其應(yīng)用層所采用的協(xié)議。本地服務(wù)器和遠(yuǎn)程管理機(jī)則通過(guò)智能測(cè)控單元中的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)與智能測(cè)控單元的通信，進(jìn)而讀取信息，發(fā)布執(zhí)行指令。

3 應(yīng)用實(shí)例及分析

隨著傳感器技術(shù)、半導(dǎo)體制作技術(shù)和嵌入式處理技術(shù)等的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和發(fā)展取得了突飛猛進(jìn)的成果。其應(yīng)用領(lǐng)域也開始從單一軍事領(lǐng)域朝多元化的方向發(fā)展，特別是一些大公司的加入，使無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)控制、智能城市和智能家居[11]等領(lǐng)域取得了實(shí)際可行的應(yīng)用成果。在電子技術(shù)越來(lái)越發(fā)達(dá)的今天，電子產(chǎn)業(yè)也掀起了一場(chǎng)革命，而人們對(duì)生活便捷性的要求也越來(lái)越高。針對(duì)該現(xiàn)象，本文在此給出一套基于傳感器網(wǎng)絡(luò)與ARM的智能家居平臺(tái)，其主要目的是對(duì)住房?jī)?nèi)的火警、雨水等環(huán)境參數(shù)和各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與控制，使住戶無(wú)需親臨現(xiàn)場(chǎng)就可以對(duì)分布在不同位置的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3.1 嵌入式測(cè)控單元器件選擇與設(shè)計(jì)

嵌入式測(cè)控單元分布在住房?jī)?nèi)的各個(gè)地方，主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的信息進(jìn)行采集和對(duì)其進(jìn)行控制，其主要功能包括采集住房?jī)?nèi)溫濕度等環(huán)境因素，對(duì)各用電器進(jìn)行檢測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)與測(cè)控服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信與實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器功能。

該系統(tǒng)主要采用的傳感器包含測(cè)量濕度與煙霧兩部分。濕度傳感器安裝在窗戶上，負(fù)責(zé)采集濕度，根據(jù)是否下雨來(lái)控制窗體的開關(guān)。本方案采用HM1500作為濕度采集單元，它具有較寬的濕度測(cè)量范圍，具體為0%~100%，且不受水浸影響，有極低的溫度依賴性與良好的線性度。火警測(cè)量傳感器采用NIS09C，它適合各種高靈敏度煙霧探測(cè)與火災(zāi)報(bào)警。

當(dāng)檢測(cè)到濕度高于所規(guī)定范圍時(shí)，則調(diào)用執(zhí)行器關(guān)閉窗戶，反之，則不進(jìn)行操作;當(dāng)檢測(cè)到煙霧時(shí)，也可控制滅火器的開關(guān)與門窗的開合，同時(shí)報(bào)警器報(bào)警，通過(guò)短信通知住戶來(lái)對(duì)火災(zāi)進(jìn)行有效的避免。

用電器的遠(yuǎn)程控制開關(guān)是通過(guò)一個(gè)控制電路實(shí)現(xiàn)的，其電路圖如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程控制開關(guān)控制電路

微控制器的輸出信號(hào)經(jīng)晶體管驅(qū)動(dòng)后作為繼電器的輸入信號(hào)。當(dāng)微控制器的輸出為低電平時(shí)晶體管飽和，驅(qū)動(dòng)繼電器通電吸合，負(fù)載通電;當(dāng)微控制器輸出為高電平時(shí)，晶體管截止，繼電器斷電釋放，負(fù)載斷電。因此通過(guò)遠(yuǎn)端管理機(jī)可以控制用電器的開關(guān)。

3.2 軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)該方案而言，需將濕度、煙霧的監(jiān)測(cè)與蜂鳴器、短信的控制驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行編寫，在Linux交叉開發(fā)平臺(tái)中進(jìn)行配置，裁剪多余的驅(qū)動(dòng)，留下對(duì)本平臺(tái)有用的驅(qū)動(dòng)，保存后重新編譯，最后將其下載到FLASH當(dāng)中，而其他的測(cè)控服務(wù)器軟件則無(wú)需改變即可使用。

經(jīng)多次測(cè)試與實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方案的可行性。利用中間件技術(shù)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的配置，則可使此遠(yuǎn)程測(cè)控平臺(tái)比較寬泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于不同的情況，實(shí)際上只是需要更換傳感器和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，而作為上層的數(shù)據(jù)傳輸及各種應(yīng)用程序都無(wú)需變化。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了基于傳感網(wǎng)的嵌入式遠(yuǎn)程測(cè)控平臺(tái)的一個(gè)通用Web遠(yuǎn)程測(cè)控架構(gòu)，闡述了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，包括嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)與Web服務(wù)器技術(shù)等，并通過(guò)在一智能家居系統(tǒng)的成功應(yīng)用，驗(yàn)證了此方案的可行性。從該系統(tǒng)所具有的安全性強(qiáng)，成本低，帶有智能，報(bào)警及時(shí)，有利于能源節(jié)約等特點(diǎn)可看出，研究遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)人工智能對(duì)社會(huì)進(jìn)步的重要性。