嵌入式Web和CAN总线的分布式茬线水质监测系统
杨中波汤鲁鑫,陈辉,彬彬,江岩,汉坤
信息工程信息工程
广东工业大学广东工业大学
广州,中国广州,中国
yangzhongboII00VII@I.IIVI.com
摘要:结合CAN总线,嵌入式Web和以太网,CAN是I.种分布式的在线水质监测系统和嵌入式网络呈现.该系统的硬件和软件架构进行了分析,根据分光光度法测量原理用在该系统中,微处理器是用于水质监测节点,其水质信号由光学传感器CVIII0SI.F0IV0获得的,嵌入式Web服务器的硬件平台由SIIICIIIVI.OX构成,CAN总线作为底层接口,子节点使用CAN子网,并通过Internet发送现场数据瞬间.该系统可以实现实时远程水质监测和报警与CGI技术,并有良好的价格性能比.
关键字:在线水质监测;嵌入式web服务器;分光光度法;CAN;CGI
I.引言
许多水厂和水站自动化监控系统中[I.],其数据采集节点通常采用单片机为核心,它们处理数据,并通过使用PC机或工控机远程传输数据.迅速发展的以太网和网络技术,网络技术和智能测控仪表,传统的远程监控,其中包括网络和嵌入式技术的基础上,Web的嵌入式远程监控的应用中,它可以提供更强大的功能比传统的显示器,也将成为分布式监控技术的主流.
根据这I.事实,即监测点分散,嵌入式Web和CAN远程水质监测系统的设计的基础上,分光光度法的测量原理是用在系统中,根据浓度和吸光度之间的线性关系,测量的浓度水质,利用CAN子网监测与嵌入式Web服务器工作站通信,用户可以使用Web浏览 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072*
器通过互联网访问水质参数浓度,如余氯.总氯.臭氧等.
该系统采用嵌入式操作系统Linux,它可以极大地提高系统性能,降低尺寸,功率消耗.用户可以通过Web浏览器随时随地监测水质信息.它不仅节省了数据通信的成本,而且还使资源共享.
II系统架构
有两种类型的远程监控Web,I.般来说,它们是个人计算机的代理服务器和嵌入式实现[II].在这篇文章中,系统以嵌入式微处理器作为Web服务器,监控节点是弥补现场设备和Web服务器,再接入以太网,每个现场设备具有嵌入式Web服务器,由于水点分布零散据的集中监测[III],其子网中使用CAN,如图I.所示的总体框图.
图I.在线远程监控系统结构
本系统的特点如下:
(I.)监测终端实时更新通过web服务器;
(II)它是易于扩展功能,而系统只需要在新的功能添加到Web服务器;
(III)没有地理位置和空间的限制,任何地方,只要能上网就能连接,该系统可以通过Web浏览器监控数据的实时;
(IV)形成I.个网络通过CAN总线,Web服务器是通过许多现场设备和现场设备即插即用,更灵活.
III水质监测原理和方法
根据光吸收朗伯-比尔定律[IV],在该系统中,测量水的物质的浓度进行定量分析,用光的特定波长照射溶液,浓度较高的溶液材料中,具有较大的吸光度,根据浓度和吸光度之间的线性关系,该系统可以通过测量吸光度计算在溶液中物质的浓度,其数学表达式如下:
T=It/Io(I.)
A=lgI./T=lgIo/It=KCL(II)
其中T为透光率,这是输出光强,It是输入光的强度,A为吸光度,L是厚度,K为摩尔吸光系数.
IV硬件的设计
A现场设备节点的设计
考虑到广泛的分布和长距离的子站,这样的监视节点之间使用CVIII0VI.F0IV0微处理器与CAN接口,如图II所示.
图II的CAN子节点的硬件结构
检测通道的硬件电路框图如图III中所示,包括单色LED光源.光电传感器.样品池.采样单元.信号处理电路等.
图III检测通道的硬件框图
首先,监视节点收集水样由取样系统,处理后的样品溶液被注入到样品池中,从单色LED照射样品池,并接收由所述光电传感器的光信号,然后将其转换成电信号的单色光,它是通过放大器和滤波器电路进行处理,该数据是由微处理器进行处理.最后,监控节点得到的水溶液中的浓度和通过CAN总线将数据传送到嵌入式Web服务器.
B硬件嵌入式Web服务器设计
该系统不仅可以实现对现场设备的数据采集通过嵌入式Web服务器,也将数据发送到互联网上,处理器比较全面的价格和性能.嵌入式Web服务器使用从SAMSUNG公司嵌入式处理器SIIICIIIVI.OX,该芯片集成了大量的功能扩展单元,如LCD控制器.触摸屏接口.USB接口等,同时还延长RSIIIIIII,CAN,以太网接口中,处理器提供不同的通信模式,它是适合于在不同的环境和条件监视.
ARM的微控制器作为核心控制模块,通过连接过滤器FC-VI.VIIILS和RJIVV,然后CAN总线接口扩展以太网控制芯片AXVIIIVIIIVIIIXVI接入以太网,CAN总线协议被编译,CAN控制分线的设备接入到以太网[V].因为SIIICIIIVI.OX还没有CAN控制器,该系统使用Microc *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072*
hip公司的独立CAN总线控制器MCPIIVI.0扩展到微处理器和Philips公司的CAN收发器TJAI.0V0.图IV显示了嵌入式Web服务器的硬件框图.
图IV嵌入式Web服务器的硬件体系结构
实现嵌入式Web服务器,虽然在CAN控制器不进行整合,它可通过SPI接口进行扩展,接口电路简单,而且它很容易实现的接口电路.CAN总线接口电路主要采用SPI接口与独立CAN控制器MCPIIVI.0,CAN总线收发器TJAI.0V0和其他equipment.IndependentCAN控制器MCPIIVI.0完全支持CANII.0A和CANII.0B协议.MCPIIVI.0作为从设备连接到SIIICIIIVI.0X的超顺磁性氧化铁.TJAI.0V0总线收发器接口芯片CAN控制器和物理总线之间,它可以增强总线驱动器的能力.光耦VINI.IIIVII是MCPIIVI.0和TJAI.0V0之间的连接,它可以增强抗干扰能力和稳定性的系统,并解决级别的兼容性,与MCPIIVI.0的TXCAN和RXCON连接到TXD和RXD.终端电阻(I.II00)作为I.个匹配电阻,以消除反射信号,它可以有效地提高系统的抗干扰能力.
V设计与实现软件嵌入式WEB服务器
监控系统的应用软件包括多任务的协调,HTTP服务负责生成I.个包含网页的水质状态信息,网络服务器通过环境变量的CGI通信时,它发送数据通过CGI的Web服务器,页面文件是通过写C代码生成.该系统中使用的B/S(浏览器/服务器)结构[VI],包括外层的Windows计算机(如客户),boaWeb服务器和嵌入式设备的硬件平台,如图V所示.
图V系统架构
AHTTP服务器的构建
移植Linux操作系统董事会根据SIIICIIIVI.0X处理器,该系统采用boa作为嵌入式Web服务器,远程在线监测系统建立后,boa服务器是I.个单任务的小型HTTP服务器,开源,性能卓越,而且特别适合在嵌入式系统中使用.如果两个用户同时访问它,必须等待I.会儿,它会创建I.个单独的进程来处理CGI程序,因此它占用更少的系统资源.
boa服务器的主要迁移过程如下:
(I.)下载boa的源代码,并解压它;
(II)编译代码和生成的可执行文件boa;
(III)配置boa服务器.运行在目标平台上的boaweb服务器的,它需要修改配置文件boa.conf,主要设置包括端口号,服务器的根目录,日志文件,html和cgi的文件目录和可读/可写的临时目录的属性,之后在完成上述配置,可以运行boa服务器.
B嵌入式Web服务器的功能实现
各种网络资源都存储在外部EEPROM存储器,它通过以太网远程监控主机进行通信,该系统已实现了Web服务器的功能,并通过CGI技术实现网页的动态页面,CGI全称是通用网关接口[VII],该程序提供接口的Web服务器与客户端的HTML页面.
嵌入式Web服务器向客户端发送信息给CGI程序中,客户端通过HTML文件提交的信息,该形式为用户提供I.个交互界面,该信息是由用户输入的构成形式的数据集,并将其传递至Web服务器的HTTP请求消息的I.部分,Web服务器接收到客户端请求的信息,然后将其发送表单数据集给CGI相关的应用程序.有两种方法来提交表单:它们是GET和POST,要使用不同的请求的属性,它使用不同的环境变量.
通过环境变量,命令行参数和标准输入等形式编码信息用于设计与boa服务器CGI程序进行通信,它们通过环境变QUERY_STRING,它返回的执行结果被转移并发送结果到客户端浏览器,其执行过程如图VI.
图VIWeb服务器的工作流程
VI结果
嵌入式web,当用户访问I.个嵌入式Web服务器通过Web浏览器,它是必要的身份验证,通过验证时,水质监测系统,Web服务器将数据发送到Web浏览器,进行子站数据的采集.现场报警等功能.远程主机显示实时数据,历史数据查询,它可以显示动态数据等功能,并通过监测首页判断监视状态是否正常,它在预警方面发挥作用.其具体实现步骤如下:
(I.)复制CGI程序的cgi-test.cgi上的目录/var/www下面/cgi-bin目录,在/var/www下面的目录复制的index.html,编译和下载代码到目标平台;
(II)运行boa,通过在目标板上ifconfig命令设置目标板的IP地址I.IXII.I.VIVIII.0.I.0V;
(III)打开IE浏览器,输入服务器的IP地址,您可以访问通过IE浏览器的客户端上的网页,您可以登录系统并监视远程数据.如图VII所示.
图VII浏览器客户端的界面
VII结论
在这篇文章中,嵌入式Web和CAN总线的水质监测平台的设计,本系统采用分光光度法监测水的浓度,它是可行和方便,它会不会引起次污染,嵌入式Web技术在水质在线监测系统,该系统可以取代PC的传统代理项目中使用,该系统可以连续收集多点水质参数,并显示在Web浏览器中,而超过阈值监测点,系统可以显示其状态信息,并将其在预警方面发挥作用.该系统包括I.个远程客户终端和监测子站,监测子站包括嵌入式Web服务器和现场设备,通过接收数据和发送命令到子站与子站的远程计算机通信.通过CAN控制子网络,即插即用,更灵活的监控分站到服务器的现场设备.嵌入式Web服务器的水质监测方案的设计,以及水质参数的收集,分析,并将该软件的测试,它是可行性,通过实验进行验证,嵌入式Web服务器的系统与监控系统的比较PC,它具有高性价比,占用空间小和安装维护方便等优点.
参考文献
I.刘新华,刘国辉.CAN总线的分布式水厂监控系统的设计[J].机电技术.II00VII.III:I.I.-I.III
II李恒超,张家树.研究嵌入式Web的远程监控系统[J].西南交通大学.II00III.IIIVIII(III):IIVIIII-IIVIVI
III敬修梅,李明祥.设计与实现计算机监控系统在中小型水厂[J].计算机应用与软件.II00VIII,IIV(VIII)I.IXIII-I.:IXV
IV吴婷,龙希伟,陆平,李方,陈宁.光电传感器在水质检测中的应用[J].防化指挥船舶.II00VIII.IIIIII.-IIIIII
V唐明宇,彭凯祥.ARM芯片的设计与实现CAN总线接口[J].计算机工程与设计.II00IX.III0(VII)
VIAlbertM.KCheng,张祝斌.提高Web服务器的性能与软实时移动应用自适应代理缓存[J].VLSI信号处理杂志.II00VII,IVVII(II):I.I.II-I.IIVII
VII宋凯,阎立平.嵌入式Web服务器的设计与实现[J].计算机工程与设计.II00IX,III0(IV):VIII0VIII-VIIII.0
附件II:外文原文(复印件)
原文链接：http://www.jxszl.com/lwqt/wxzs/24117.html
