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基于嵌入式WEB的分布式监控系统的设计与实现

作 者: 陈晓冰
导 师: 张海峰
学 校: 杭州电子科技大学
专 业: 电子与通信工程
关键词: CAN总线 Linux 嵌入式技术 CGI 数据库 模糊控制
分类号: TP277
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 2次
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内容摘要


随着人们的生活水平越来越高,食品安全已经逐渐成为大众最为关心的问题之一,尤其是肉类食品的安全问题,已经多次被新闻媒体所报道。想要杜绝这些问题,就得从源头抓起,即家禽的养殖过程。传统的家庭式的养殖方式不仅不能满足市场的需求,而且养殖的这些家禽容易存在疾病问题。随着电子和计算机技术的发展,大范围的信息可以通过Internet来实现共享,因此依靠目前先进的技术,智能化的养殖方式已成为一种趋势。本文在仔细分析了某大型猪仔养殖场的环境因子及其特点后,结合CAN总线技术、嵌入式操作系统、嵌入式网页服务器、嵌入式数据库CGI技术以及计算机网络技术,以较小的代价完成了养猪场环境参数的远程监控系统的设计与实现,并利用模糊控制算法使系统环境参数能够自动维持在一定的范围之内。整个系统采用B/S架构来实现,它以CAN总线作为现场总线,现场的温度、湿度、二氧化碳浓度、氨气浓度、光照度等环境因子以及现场的执行机构都以智能节点的形式挂在CAN总线上,它们负责现场环境参数的采集和控制现场的执行设备。在客户端,通过自己建立的网站除了可以监测到现场的环境参数外,具有一定权限的管理人员还可以利用网页来控制现场的一些执行机构。本课题研究内容主要包含了以下几个部分,首先本文对猪舍环境因子进行分析,选择系统的方案,包括温度、湿度、光照度等传感器的选择,系统通信方式以及嵌入式操作系统的选取等等,确定系统的方案。其次本文从硬件和软件两个角度说明了系统的设计过程:系统的硬件设计,包括模数转换电路、电压转换电路、传感器信号提取电路、开关量控制电路、CAN节点硬件设计等等;系统的软件设计,包括数据采集节点的软件设计,系统控制节点的软件设计,嵌入式Linux的移植、BOA服务器的搭建、CGI程序的编写、数据库的移植、网页的制作、CAN应用层协议的制定以及收发程序的编写。最后研究了模糊控制算法在猪舍内部的使用,使系统能够维持在理想的环境参数范围内。经过实际的测试表明,本系统将嵌入式技术和总线技术运用到大型养殖厂环境参数监控中的方案确实可行。在实际应用中,不仅仅可以改善猪舍内的环境状况,同时也节省了许多的运营成本,系统在养殖监控领域将有不错的推广前景。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-14
  1.1 研究背景和研究意义  11
  1.2 国内外研究的现状和发展趋势  11-13
  1.3 课题研究重点  13
  1.4 论文章节安排  13-14
第2章 系统方案设计选择  14-22
  2.1 猪舍环境参数介绍  14-15
    2.1.1 温湿度的影响  14
    2.1.2 光照度的影响  14-15
    2.1.3 有害气体的影响  15
  2.2 环境变化的应对措施  15-16
    2.2.1 高温环境应对措施  15
    2.2.2 低温环境应对措施  15
    2.2.3 有害气体控制措施  15-16
  2.3 系统通信方式选择  16-17
    2.3.1 485 总线概述  16
    2.3.2 ZigBee 概述  16
    2.3.3 CAN 总线概述  16-17
  2.4 嵌入式操作系统的选择  17-18
    2.4.1 Vxworks 操作系统  18
    2.4.2 WinCE 操作系统  18
    2.4.3 uClinux 操作系统  18
    2.4.4 Linux 操作系统  18
  2.5 系统总体设计  18-21
    2.5.1 系统执行机构  19-20
    2.5.2 门户网站结构功能图  20-21
  2.6 本章小结  21-22
第3章 系统硬件设计  22-29
  3.1 传感器选型  22-23
  3.2 单元硬件电路设计  23-26
    3.2.1 电源电路  23-24
    3.2.2 传感器信号提取电路  24-25
    3.2.3 AD 转换电路  25
    3.2.4 开关量控制电路  25-26
  3.3 CAN 总线智能节点硬件设计  26-27
    3.3.1 SJA1000 与单片机的连接  26-27
    3.3.2 CAN 驱动器连接及其外围电路  27
  3.4 嵌入式硬件平台介绍  27-28
  3.5 本章小结  28-29
第4章 系统软件设计  29-48
  4.1 数据采集节点软件设计  29-34
    4.1.1 A/D 转换程序  30-31
    4.1.2 滤波程序设计  31-32
    4.1.3 CAN 节点接收程序  32-34
  4.2 系统控制节点软件设计  34-37
    4.2.1 CAN 节点发送程序  34-36
    4.2.2 开关量输出程序  36-37
  4.3 CAN 应用层设计  37-38
    4.3.1 帧类型  37
    4.3.2 节点通讯协议制定  37-38
  4.4 SQLite 数据库的移植  38-40
    4.4.1 SQLiteAPI 接口介绍  39
    4.4.2 数据库结构表设计  39-40
  4.5 系统控制算法设计  40-47
    4.5.1 系统控制算法的选取  40-41
    4.5.2 模糊控制原理分析  41
    4.5.3 智能猪舍模糊控制器的设计  41-42
    4.5.4 确定模糊控制器的结构  42
    4.5.5 模糊化接口  42-45
    4.5.6 规则库的制定  45-46
    4.5.7 模糊推理和判决  46-47
  4.6 本章小结  47-48
第5章 嵌入式服务器研究  48-58
  5.1 Bootloader 移植  48-49
    5.1.1 U_boot 移植方法分析  48-49
    5.1.2 U_boot 移植  49
  5.2 Linux 内核移植  49-51
    5.2.1 在系统中添加对 ARM 的支持  49
    5.2.2 定制配置菜单  49-51
  5.3 Linux 根文件系统制作  51-53
    5.3.1 编译 BusyBox  51-52
    5.3.2 构建文件系统的框架  52
    5.3.3 创建基本的设备文件  52-53
    5.3.4 生成 Yaffs2 文件系统  53
  5.4 Web 服务器设计  53-57
    5.4.1 HTTP 协议分析  54-55
    5.4.2 CGI 脚本分析  55-56
    5.4.3 Boa 服务器的工作流程分析及设计  56-57
  5.5 本章小结  57-58
第6章 系统测试与分析  58-64
  6.1 CAN 总线测试  58-60
    6.1.1 CAN 总线稳定性测试及分析  58-59
    6.1.2 CAN 节点收发数据测试  59-60
  6.2 嵌入式服务器性能测试  60-61
  6.3 数据采集测试  61-62
  6.4 模糊控制算法仿真及结果分析  62-63
  6.5 系统待解决问题分析  63
  6.6 本章小结  63-64
第7章 总结与展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
附录  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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