基于嵌入式web的农作物远程环境监控系统设计

王建强

(榆林学院 信息工程学院，陕西 榆林 719000)

基于嵌入式web的农作物远程环境监控系统设计

王建强

(榆林学院 信息工程学院，陕西 榆林 719000)

采用三星S5PV210作为嵌入式Web网关，以cc2530模块组成Zigbee无线传感网，设计实现了农业物联网远程环境监控系统.测试结果表明，该系统可以完成通过远程计算机对影响农作物生长的环境传感数据实时监测，包括：空气温湿度、光照度、土壤温度、CO2浓度、土壤水分、土壤盐度(EC)、水溶氧、水质pH值等，具有一定的实际应用推广价值.

物联网；Zigbee； 环境监测

图1 系统总体结构框图

0 引言

近十几年来，在整个世界范围内，现代精准农业得到了长足的发展，这对于传统的温室环境数据采集方式，提出了新的挑战.传统数据采集方式，以人工采集监测为主，且多依靠劳动者的经验来对采集的数据进行处理，造成了劳动生产率低下，浪费人力物力等，也有一些尽管已经采用了部分计算机自动化技术，但多数仍不能实现远程采集监控功能[1].特别是当农作物的种植面积达到一定的规模后，数据的精确采集监测编的越来越困难.本文提出了将无线传感网络技术用于数据采集，远端采用Zigbee加环境数据传感器的方式，进行数据采集，采集完后通过系统的串口，由Zigbee节点设备将所有数据传输到嵌入式系统，并在该系统对数据进行处理后，由嵌入式Web服务器进行数据发布的方式，最终可以实现农作物生长环境数据的远程监测.

1 农业物联网远程环境监控系统总体架构

该系统主要由三部分组成，分别为无线传感网络环境数据采集部分、嵌入式Web网关部分以及远端的数据监测部分.具体结构框图如图1所示.

其中嵌入式Web网关部分采用三星公司的S5PV210微控制器为核心的嵌入式系统作为硬件平台，系统软件采用嵌入式Linux，以boa作为Web服务器，采用串口接收来自Zigbee节点模块的数据信息，经过处理后，由boa服务器对外发布该数据信息[2]；无线传感网络部分，采用TI公司的cc2530作为节点模块，组成对等网.其中协调器模块负责接收来自其他个节点模块的数据信息，并通过串口，与嵌入式Web网关进行通信，传输信息；除协调器模块的各个节点模块，每一模块都接有一个数据采集传感器，包括空气温湿度、光照度、土壤温度、CO2浓度、土壤水分、土壤盐度(EC)、水溶氧、水质pH值传感器等.系统监测终端采用PC机，该PC机通过LAN或者INTERNET访问嵌入式Web网关的boa服务器，从而实时的获取农作物生长环境信息.

图2 Zigbee协调器模块原理图

2 系统的设计实现

2.1 系统硬件设计

Zigbee协调器模块原理图如图2所示.

该模块通过Zigbee无线通信协议与其他Zigbee模块通信，获取环境数据，其中，P0.2和P0.3端口分别接嵌入式Web网关的UART0 RXD和UART0 TXD端口，通过串口与嵌入式Web网关进行通信，传输环境数据[3].

2.2 系统软件设计实现

嵌入式Web网关服务器软件分为三部分：即Socket服务器端、Socket客户端和Web服务器页面程序.

服务器端Socket程序的实现过程如下：

首先，main函数开启一个线程来监听底层的Zigbee模块信息发送情况；接下来启动接收线程，接收socket客户端发送过来的命令信息，解析命令;然后在跳到响应的接口，进一步的调用底层接口，完成信息的反馈[4].

Main函数关键代码如下：

int main(int argc ,char** argv)

{

int listen;env_io env_io_watcher;

ComPthreadMonitorStart();//开启Zigbee后台线程(底层)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); //开启一个接收线程，接收客户端信息 env_loop(loop,0);

env_loop_destroy(loop);

ComPthreadMonitorExit();

printf("exit com monitor ");

return 0;

}

Socket客户器端的实现过程如下： 客户端程序主要是用于同服务器端进行交互得到，实现为上层的Web服务器程序提供封装好的接口，上层Web服务器程序直接调用[5]，实现的接口如下：

int ZigbeeAp_GetConnect(int port);//连接服务器的port端口

bool ZigbeeAp_Cliect_ZigBeeNwkDetect(void);//进行Zigbee网络监测，可获得是否在线 bool ZigbeeAp_Cliect_GetZigBeeNwkInfo(NwkDesp *pNwkDesp);

//获得Zigbee网络的基本信息

bool ZigbeeAp_Cliect_SetSensorWorkMode(unsigned char Mode);

//设置中断型传感器的模式

DeviceInfo*ZigbeeAp_Cliect_GetZigBeeDevInfo(unsigned int nwkaddr);

//获得Zigbee的设备信息

NodeInfo*ZigbeeAp_Cliect_GetZigBeeNwkTopo(int *state);

//获得Zigbee网络拓补链表

int ZigbeeAp_Cliect_GetTempHum();//获得温湿度值

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

//进行GPRS短信报警

bool ZigbeeAp_Cliect_ClearIntlock();//清除中断型传感器状态锁

3 测试结果

此次测试是在局域网环境下测试的，嵌入式Web服务器通过无线网卡，连接到无线路由器，PC机通过无线网卡，连接到无线路由器，从而PC机通过浏览器，可以访问嵌入式Web网关的Web服务器，网络环境设置如下：PC机的ip设为192.168.1.3，子网掩码255.255.255.0，网关为192.168.1.1；嵌入式Web网关的ip设为192.168.1.2，子网掩码255.255.255.0，网关为192.168.1.1.PC机操作系统为winXP，测试结果如图3所示.

图3 测试结果

4 结语

本文设计实现了一个可以通过局域网或广域网远程监测控制的农业物联网农作物生长环境监测系统，该系统可以大大提高劳动作业人员的工作效率，同时也可以提高农作物生长环境数据测量的准确度和精度，通过对这些数据，如空气温湿度、光照度、土壤温度、CO2浓度、土壤水分、土壤盐度(EC)、水溶氧、水质PH值等的进一步的处理，可以为农作物生产的决策提供进一步的数据支持.该系统具有一定的推广应用价值.

[1]刘云浩. 物联网导论[M].北京：科学出版社，2010.

[2]刘洋，张钢，韩璐.基于物联网与云计算服务的农业温室智能化平台研究与应用 [J].计算机应用研究，2013，30(11)：3331-3335.

[3]黎贞发，王铁，宫志宏，等.基于物联网的日光温室低温灾害监测预警技术及应用[J].农业工程学报，2013，29(4)：229-236.

[4]孙忠富，杜克明，尹首一.物联网发展趋势与农业应用展望[J].农业网络信息，2010(5)：5-8.

[5]包长春，石瑞珍，马玉泉，等.基于 ZigBee 技术的农业设施测控系统的设计[J].农业工程学报，2007，23(8)：160-1164.

责任编辑：时凌

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.

榆林学院重点科研项目(12YK34).

王建强(1977- )，男，硕士，讲师，主要从事网络安全及嵌入式系统的研究.

TP393；S24

A

1008-8423(2014)02-0215-03