基于WSN和GPRS的遠程測控系統

2.2 Web應用技術

該系統采用B/S模式，為了能夠從測控服務器或測控管理機通過瀏覽器直接訪問智能測控單元，在智能測控單元中必須具備Web服務器功能。在嵌入式Linux平臺下，使用Boa作為Web服務器，可以使系統穩定高效地在目標系統中運行，并且使用和維護方便，可靠性高。嵌入式Web服務器Boa和普通Web服務器一樣，能夠完成接收客戶端請求、分析請求、響應請求、向客戶端返回請求結果等任務。與其他傳統的Web服務器不同的是Boa具有很高的HTTP請求處理速度和效率，在嵌入式系統中具有很高的應用價值。

Boa程序的移植主要分為以下幾個步驟：

(1)針對ARM-Linux系統下載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服務器后下載Boa服務器。將編譯后的二進制文件下載到FLASH之中后Web服務器則具有了Web服務器功能。

2.3 數據通信技術

該系統的通信主要包括有線網絡、無線網絡、GPRS，GPS和定制協議通信。

由于GPRS具有眾多的優點，在數據通信業務中得到了非常廣泛的應用，所以在該系統的設計中選用了西門子公司的GPRS模塊MC35來傳輸采集的數據。

MC35模塊支持GSM900和GSM1800雙頻網絡，接收速率可達86.20Kb/s，發送速率可達21.5Kb/s，并且很容易集成，它和ARM2440處理器的UART1接口經TTL232電平轉換后連接。

安裝GPS衛星定位系統，可以隨時確定智能測控單元的位置。該系統的GPS接收模塊采用Motorala公司的M12+ONCORE，該模塊的串行通信參數為波特率4800b/s;8位數據位;1位停止位。

測控單元與本地服務器以及遠程管理機的通信則通過TCP/IP協議，但TCP/IP協議族中的協議數量龐大，而嵌入式系統的資源有限。因此，合理地對TCP/IP協議族進行裁剪更具意義。TCP/IP協議的簡化應該遵循兩個原則：一是不能改變其面向連接的特性;二是它的簡化必須能配合其應用層所采用的協議。本地服務器和遠程管理機則通過智能測控單元中的動態網頁實現與智能測控單元的通信，進而讀取信息，發布執行指令。

3 應用實例及分析

隨著傳感器技術、半導體制作技術和嵌入式處理技術等的發展，無線傳感器網絡的研究和發展取得了突飛猛進的成果。其應用領域也開始從單一軍事領域朝多元化的方向發展，特別是一些大公司的加入，使無線傳感網絡在環境監控、工業控制、智能城市和智能家居[11]等領域取得了實際可行的應用成果。在電子技術越來越發達的今天，電子產業也掀起了一場革命，而人們對生活便捷性的要求也越來越高。針對該現象，本文在此給出一套基于傳感器網絡與ARM的智能家居平臺，其主要目的是對住房內的火警、雨水等環境參數和各種設備進行監控與控制，使住戶無需親臨現場就可以對分布在不同位置的設備進行遠程控制。

3.1 嵌入式測控單元器件選擇與設計

嵌入式測控單元分布在住房內的各個地方，主要負責對現場的信息進行采集和對其進行控制，其主要功能包括采集住房內溫濕度等環境因素，對各用電器進行檢測與控制，實現與測控服務器的網絡通信與實現Web服務器功能。

該系統主要采用的傳感器包含測量濕度與煙霧兩部分。濕度傳感器安裝在窗戶上，負責采集濕度，根據是否下雨來控制窗體的開關。本方案采用HM1500作為濕度采集單元，它具有較寬的濕度測量范圍，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?；鹁瘻y量傳感器采用NIS09C，它適合各種高靈敏度煙霧探測與火災報警。

當檢測到濕度高于所規定范圍時，則調用執行器關閉窗戶，反之，則不進行操作;當檢測到煙霧時，也可控制滅火器的開關與門窗的開合，同時報警器報警，通過短信通知住戶來對火災進行有效的避免。

用電器的遠程控制開關是通過一個控制電路實現的，其電路圖如圖3所示。

圖3 遠程控制開關控制電路

微控制器的輸出信號經晶體管驅動后作為繼電器的輸入信號。當微控制器的輸出為低電平時晶體管飽和，驅動繼電器通電吸合，負載通電;當微控制器輸出為高電平時，晶體管截止，繼電器斷電釋放，負載斷電。因此通過遠端管理機可以控制用電器的開關。

3.2 軟件設計要點

對該方案而言，需將濕度、煙霧的監測與蜂鳴器、短信的控制驅動程序進行編寫，在Linux交叉開發平臺中進行配置，裁剪多余的驅動，留下對本平臺有用的驅動，保存后重新編譯，最后將其下載到FLASH當中，而其他的測控服務器軟件則無需改變即可使用。

經多次測試與實驗，驗證了該方案的可行性。利用中間件技術對其進行相應的配置，則可使此遠程測控平臺比較寬泛地應用于各個領域，對于不同的情況，實際上只是需要更換傳感器和相應的驅動程序，而作為上層的數據傳輸及各種應用程序都無需變化。

4 結語

本文提出了基于傳感網的嵌入式遠程測控平臺的一個通用Web遠程測控架構，闡述了該系統的結構及系統的關鍵技術，包括嵌入式技術、通信技術與Web服務器技術等，并通過在一智能家居系統的成功應用，驗證了此方案的可行性。從該系統所具有的安全性強，成本低，帶有智能，報警及時，有利于能源節約等特點可看出，研究遠程監測系統，發揮網絡優勢，實現人工智能對社會進步的重要性。