Vo l 27
,No 3
西华大学学报(自然科学版)
Journa l o fX i h ua Un i v ersity N atural Sc i e nce
2008年5月
M ay .2008
文章编号:1673 159X (2008)03 0028 03
收稿日期:2007 12 21
基金项目:四川省教育厅重点项目(No .0329172)
作者简介:罗娅虹(1966 ),女,四川隆昌人,讲师,主要研究方向为:智能建筑。
一种新型嵌入式W eb 传感器的设计与应用
罗娅虹1
,李 勇1
,郑 萍
2
(1.成都航空职业技术学院建筑系,四川成都610021;2 西华大学电气信息学院,四川成都610039)
摘 要:结合W eb 传感器、嵌入式技术和ARM 芯片的相关最新技术,提出了嵌入式W eb 传感器的整体构架。通过设计ST I M 模块中A /D 转化电路,以及在 C linux 操作系统下的嵌入式W eb 服务器,构建了一种新型嵌入式W eb 传感器,并介绍了嵌入式W eb 传感器在智能建筑上的应用。
关键词:嵌入式 C li nux ;W eb Server ;智能建筑 中图分类号:TP216
文献标识码:A
0 引言
随着科学技术的不断发展,传统的传感器在功能、性能上不能满足要求日益增高的现代技术,因此,人们将微处理器技术和智能技术等应用于传感器,使传感器具有非线形自动校正、自校零、自校准、
自补偿、自检验、抑制噪声等强大功能。加之人工智能、专家系统、神经网络等也加强了对传感技术的影响,增强了传感器的 智能化!功能。
嵌入式系统在工业控制和智能家电领域得到了广泛的应用,同时控制逻辑和功能也变得越来越复杂,现代嵌入式系统越来越倾向于使用完整的操作系统,这就使得嵌入式操作系统在嵌入式系统领域变得越来越重要。在嵌入式系统基础上开发嵌入式W eb 传感器进一步提高了传感器的智能化、网络化。这样,把传感器接入I n ter ne,t 以此来实现传感器的联网、远程控制和浏览。
本文结合W eb 传感器、嵌入式技术和ARM 控制芯片的相关最新技术,构建了嵌入式W eb 传感器新架构和新设计的方案,阐述了基于开关量、ADC 、温度传感器的测控程序与W eb 服务器应用程序的沟通机制;构建了基于B /S 访问模式的W eb 服务器;通过在 C li n ux 操作系统里建立BOA 服务器,并应用CG I 接口程序来完成了的动态页面程序的编制;通过开发的相关设备完成了系统的调试,实现了底层数据通过C AN 总线、以太网与Internet 的交互,并给出了相关的上位机界面和所设计的网页。
1 嵌入式W eb 传感器的整体构架
嵌入式W eb 传感器的整体构架如图1所示。其中带操作系统的W eb Server 是该结构的关键,也是本文研究的重点。它包含了 C li n ux 操作系统、两路A /D 转换、温度传感器(芯片采用LM
75)以及
CAN 接口。客户端(I E 浏览器)可以浏览和控制下层接入端口,比如两路A /D 转换数据和温度传感器(芯片采用L M 75)的数据浏览,以及LED 和Beep 的控制。
图1 嵌入式W eb 传感器结构
根据上述嵌入式W eb 传感器结构设计的开发平台功能框图如图2所示,本文在硬件设计时,主要给出了NCAP 模块和STI M 模块的主要硬件电路。其中包括了存储器电路设计、以太网接口电路设计、CAN 接口电路设计、A /D 转化电路设计、温度传感器电路设计等。
第3期罗娅虹等:一种新型嵌入式W eb 传感器的设计与应用
图2 开发平台功能框图
2 ST I M 模块中A /D 转化电路设计
LPC2292具有8路10位ADC 转换器,其参考电压为3 3V,参考电压的精度会影响ADC 转化结果。本文提供了两路直流电压测量电路,如图3所
示,可调电阻W 1、W 2用于调整ADC 的输出电压,可以在V I N 1、V I N 2测试当前电压值。R36、R37为I/O 保护电阻,当ADC 输入电压调整到3 3V 或0V 时,而P0 27或P0 28作为GPI O 输出0/1,这两个
电阻保证电路不产生短路故障。
图3 LPC2292的ADC 电路
3 嵌入式W eb 服务器设计
嵌入式W eb 服务器以TCP /I P 协议栈为基础构建,需要实现HTTP 、TCP 和UDP 等协议。它具有I P 地址,通过网络就可以将设备接入I n ter net 。任何一个客户机,都可以通过HTTP 协议与嵌入式W eb 服务器建立连接。嵌入式W eb 服务器在W eb 浏览器和设备之间提供了统一的GU I 接口,并且和所有的W eb 浏览器兼容,使得客户端可以象在本地一样透明地监控管理设备状况。
嵌入式W eb 服务器的主要功能有:响应多个客户的实时HTTP 请求,并为每个客户建立连接,这是嵌入式W eb 服务器的首要功能;对设备的实时监控
管理,参数的在线查看甚至配置等:对设备访问的安
全控制机制,包括SSL ,用户口令等实现设备的故障智能报警。
在 C li n ux 操作系统下,主要有三个W eb Serve :httpd 、t h ttpd 和Boa 。H tt p d 是最简单的W eb Server ,它的功能最弱,不支持认证,不支持CG I ,t h t tpd 和Boa 都支持认证、CG I 等,功能都比较全。为了实现动态W eb 技术,本课题选择实现一个支持CG I 的、非常适合于嵌入式系统的Boa W eb Server
来作为嵌入式W EB 传感器的服务器。
4 嵌入式W eb 传感器在智能建筑上的应用
本文的嵌入式W eb 传感器的W eb 功能的实现及其在测控系统中的应用基于客户机/服务器模型,由W eb 浏览器和W eb 服务器构成,两者之间采用HTTP 协议进行通信。因此传感器的上层协议应该采用HTTP 协议。同时要实现浏览器与嵌入式WEB 传感器交互,除了要解决上述TCP /I P 通信协议接口外,在传感器中应提供一个EEPRO M 存储相应的网页文件。交互时,HTTP 通过统一资源定位器URL(Un ifor m Resource Locato r)确定传感器应该为浏览器提供哪些资源。为了节省空间,通过一种灵活的H ush 算法实现。EEPRO M 中的每一个文件都有一个不同的H ush 值与之相对应,存取时很快可以计算出文件的地址。此外,它可以根据网页中嵌入的特殊标志实现动态网页。即显示实时采集的数据并进行控制操作。下面是存储在温度传感器中的一个简单的动态网页程序,其中的 @!字符用来在网页中插入温度的标志,网页文件存放在传感器的EEPROM 里。当用户发出页面请求时,处理器上的程序在TCP 打包时,把温度值嵌入到网页中的 @!字符处,再将网页文件添加相应的HTTP 头,返回给请求的用户,这样用户将在浏览器上看到实际的温度显示值。
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西华大学学报 自然科学版2008年
口方案是利用硬件芯片实现TCP /I P 协议栈,可以解决当前应用中大量存在的32位MCU 实现TCP /I P 通信协议的问题。该嵌入式W eb 传感器应用在智能建筑上,很好地实现了现场级设备对外部网的接入,实现了信息的共享和发布,同时也扩大了控制的半径。
在本文的智能建筑项目中,通过此平台的研究来实现智能建筑的远程控制。用户在B /S 模式下,通过连入I nternet/I ntranet 的客户机的I E 浏览器,输入嵌入式W eb 传感器预先设置好的I P 地址,得到的界面如图4所示。在客户端可以通过I E 浏览器实时显示现场的温度,重要电路的电压,以及LED
和蜂鸣器的控制。
图4 测试演示界面
5 结束语
本文结合W eb 传感器、嵌入式技术和AR M 芯片的相关最新技术,提出了嵌入式W eb 传感器的整体构架。通过设计ST I M 模块中A /D 转化电路,以及在 C linux 操作系统下构建的嵌入式W eb 服务器,构建了一种新型嵌入式W eb 传感器。本文实现了嵌入式 C li n ux 操作系统和PH I LI PS 公司的LPC2292结合起来进行嵌入式W eb 传感器的设计。本文设计的嵌入式W eb 传感器为智能建筑的应用研究提出了新的方法。
参 考 文 献
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(编校:夏书林)
(上接7页)
环境污染的加剧。为此,提出如下对策:(1)国家制定,减缓石油开采速度。在模拟模型中,地下原油消耗速度还是比较快。显然,原油的消耗速度减慢,石油工业的周期也会长一些;(2)加大原油替代
原料的研究和开发力度,以减慢石油消耗速度;(3)加快石化工业生产过程的技术改造,减少单位产值的石油消耗;(4)加快石油开采的技术改造,降低石油开采成本;(5)增加石油进口,石油出口。随着地下蕴藏量的减少,地下石油开采会越来越困难。现在,许多发达国家的石油消耗不是来自于本国的地下石油开采,而主要是靠从石油资源丰富的国家进口石油。按人均拥有的地下石油资源计算,中国是贫油国家,因此,中国应采取进口石油来满足国内石化工业的生产和人民生活的需要。把本国的地下资源给我们的后代多留一些;(6)加大环境治理投入和企业的减排力度,减少污染量的产生及其对社
会经济系统的负面影响。
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(编校:李晓丽)
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si s lays a foundation for furthe rm ode ana lysis and transient ana l ys i s of t he i m pe ller,and prov i des t he necessary da ta for struc t u re opti m i za ti on o f t he i m pe ller.
K ey word s:i m pe ller;structure ana lysis;stress;de f o r m a ti on;ANSY S
D esign and I mple m entation of Data A cquiring and P rocessing Syste m for P aper m aki n g M oist ure Testi n g
KONG Fan guo(D epart m en t of M ec h atron i cs,W uyi Un ivers i ty, J i angm en Gu angdong529020Ch i na)Z HONG T i ng zh,i et a.l J OURNAL OF X I HUA UNI VERS I TY.v.27,no 3 PP 14 17,3/2008.(ISSN1673 159X;In C hinese)
Abstrac t:In orde r to so l v e t he proble m s such as l ess adap ti ve capab ility,auto m atic detection be i ng easil y a ffected by t he w ork env iron m ent,lo w on li ne m easure m ent accuracy and poor stability for on li ne paper production detection dev i ces,t h is pa per presents an acqu i r i ng and processi ng data system for m o i s t u re testi ng based on L eonardo da V i nci syste m.The syste m uses h i gh prec i s i on and h i gh speed A/D ch i ps and M itsubishi PLC for the under crew,sends a ll k i nds o f si gnals to a PC for pro cessi ng t h rough RS232.T he co m ponent technology is adop ted for i nterna l app licati on prog ram s o f PC,wh ich m akes t he syste m easy to m a i nta i n,ex tend and have good stability.A fter debug g i ng and running,t he syste m has friendlyM an m achi ne i nterface w it h rea l ti m e da ta,good re li ability and strong anti j a mm i ng. P roducti on quality is i m proved as w e l.l
K ey w ords:pape r m ak i ng m o isture;data acqu iri ng and processi ng;syste m des i gn and i m ple m entati on
M eshi n g Analysis of Non backlash D ouble Roller Envelopi n g HourglassW or m G earing HONG Lei(S chool ofM echan i calE ngi neeri ng and Au t o m ati on,X i hua Un i versity,Ch engdu610039Ch i na),WANG J i n ge,et a.l J OUR NAL OF XI HUA UNI VERS I TY.v.27,no 3 PP 18 23,3/2008.(ISSN 1673 159X;In C h i nese)
Abstrac t:T he structure and the w ork i ng pr i nc i ple o f a ne w k i nd o f hourg l ass wo r m gearing,wh i ch i s ca lled non back l ash hourg l ass w or m gear i ng,are i ntroduced.Based on t he space en gage m ent theo ry,the m esh i ng equation of the non back l ash hourg l ass wo r m gearing i s establi shed,and the tooth surface e quations of wo r m and contacti ng li ne equa tions of wo r m gear are deduced.T he for m ulas o f i nduced nor m a l curva t ure,l ubricati on ang le and rotation ang le of t he non backlash hourg lass w or m gear i ng are der i ved.Based on nume rical ca lcu l ations,the m a i n characteristi cs and the m ai n param eters,w hich i m pact the en gage m ent perfor m ance of this trans m i ssi on,are ana l y zed.
K ey word s:non backlash;hourg lass w or m gearing;doub le ro ller;m esh i ng ana l ys i s
Fault D iagnosis Based on N eural net works and Support V ect orM achi n e
YU Jun x i n(School ofM ec h an i ca lEngi n eeri ng and Auto m ati on,X i hua U n i vers it y,C hengdu610039Ch i n a),W ANG Ji s heng,et a.l J O UR NAL OF X I H UA UN I VERS I TY.v.27,no 3 PP 24 27,3/2008.(ISSN 1673 159X;In Ch i nese)
Ab stract:T he theor i es of N eu ra l N e t w orks(NN)and Sup port v ector m ach i ne(S VM)are i ntroduced,and som e advanta ges and dra w backs o f the t w o t heor i es are ana l yzed in th i s paper.
A m e t hod of fau lt diagnosis based on the NN and S VM is ex plained,and t he applica ti on o f the t wo artifi c i a l i nte lli gence techn i ques is compared by ad j usting quantities o f learn i ng sa m ples i n the fault diagnosis.T he resu lt i ndicates that SVM posses ses m ore strong ab ility of gene ra liza tion t han tha t of NN i n s ma ll samp l es.
K ey w ords:fault diagnosis;suppo rt vec t o r machine;neu ral net works
D esign and Application of a N e w Style Em bed dedW eb Sensor
L UO Ya hong(C onstru cti on E ng i neeri ng Depart m ent of Ch engdu A eronau tic Vocati on al and Techn ical Co ll ege,C hengdu610039Ch i n a), LI Yong,et a.l J OURNAL OF XI HUA UN I VERS I TY.v.27,no 3 PP 28 30,3/2008.(I SSN1673 159X;In Ch i nes e)
Ab stract:T his paper presents a new type of embedded w eb sensors based on the l a test techno l ogy o fW EB sensors,embed ded contro l technology and the ARM ch i p.T hrough desi gning A/D c i rcu it conv ers i on i n t he ST I M m odu l e and e m bedded w eb se rver under C li nux ope rati ng system,the autho rs develop a new e m bedded web sensor.T he app licati on of e m bedded w eb sensor i n i nte lli gent bu il d i ng i s a l so i ntroduced.
K ey words:e m bedded C li nux;web server;i ntelli g ent bu il d i ng
D evelop m ent of M onit oring Syste m for Cam pus
E lec t r icit y Consumption Based on R edundant TTCAN
X U Quan(Schoo lofM echan i calEngi n eeri ng and Au t o m ati on,Xi hu a U nivers it y,Chengdu610039Ch i n a),HU D an,et a.l J OURNAL OF X I HUA UNI VERS I TY.v.27,no 3 PP 31 33,3/2008.(I SSN1673 159X; In Ch i n ese)
Ab stract:T he mon it o ring syste m for ca m pus electricity con su m pti on is based on redundant TTCAN,wh ich is new and use fu.l The M CU TC51CC01i s used as the co re o f the hard w are of t he system,w hich conta i ns full CAN Con tro ll er and suppo rts TTCAN.A ne w m ethod o f redundancy i n CAN net wo rk,.i e., ne t redundancy is a lso added t o the sy stem.In t he design o f the so ft wa re and co mmun icati on net wo rk,t he concept of TTCAN m akes CAN comm un i cation m ore soft and rhyth m i ca.l M o reover, the rea l ti m e co mm un ica ti on bet w een t he contro l net wo rk fo r field dev ice and i nfor m ation net wo rk is comp l e tely rea lized by In ternet.A s a resu lt,t he ca m pus e l ectric it y cons umption can be re m ote l y detec ted,re li ably mon itored,and sa fely m a i nta i ned i n real ti m e.
K ey word s:TTCAN;net redundant;electricity consu mp tion mon it o ri ng;rea l ti m e communicati on;confi gura tion so ft w are
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