基于RL_ARM的嵌入式温棚环境监控系统设计.kdh(1)

《工业控制计算机》2009年22卷第9期*宁夏大学科技开发基金资助项目（Ndkf04804r1）“现代农业栽培信息化集成管理控制设备研究及应用”属于宁夏高等学校科学技术研究项目，该项目的主要目的是利用先进的电子通讯技术实现种苗繁育温棚温湿度环境的自动化和智能化监控。

本文讨论一种基于嵌入式微控制器，利用485总线通信和局域网Ethernet 实现的监控系统。

该监控系统通过485总线采集监测数据，并采用Web 服务器技术把采集并汇总的监测数据通过局域网发布。

在Web 服务器提供的html 文件中使用的CGI 技术实现了从浏览器向智能监控系统的控制信息的传送及响应，使得整体温棚监控系统的监测信息的集中收集和控制信息的集中发送成为可能。

1监控系统总体设计1．1项目总体设计目标温棚监控系统的主要设计目标是实现温棚环境温湿度的监测和远程控制，其中远程控制功能的实现基于以太网通信方式，将监控系统设计为Web 服务器，并在服务器提供的网页中添加CGI 程序。

基于这种方案，监控系统联入局域网，用户可以在局域网的任何位置访问监控系统通过网页提供的监测信息，并且可以从页面对系统的控制功能进行操作和配置。

总体设计框图如图1所示，本文将着重讨论总体框图中总控制器的设计实现。

1．2硬件设计针对设计要求，系统硬件设计的核心器件选用PHILIPS 公司生产的嵌入式微控制芯片NXP2368，这一型号的微控制器集成了网卡控制器和通用串行通信接口UART ，可以有效的减少外围器件的数量，简化硬件设计过程。

此外该芯片是工业级产品，工作温度在－40℃到80℃，能够满足温棚中较为恶劣的工作环境。

1．3系统软件平台设计目标要求温棚监控系统能够处理数据收集，网络通信，人机操控等多种事务，因此需要一个操作系统平台来支持多任务运行，实现监控系统同时处理多种事务的能力。

在本文讨论的设计中，采用了KEIL 公司提供的Real－ARM 库，该库不仅提供了支持多任务的实时操作系统RL－RTX ，还有实现TCP ／IP 协议栈的RL－TCPnet 库，实现文件系统的RL－FlashFS 库。

对以上库函数的调用可以便捷的实现系统设计目标。

2监控系统功能模块的多任务分配2．1系统功能模块按照设计目标，监控系统的工作可以被划分为4个模块：以太网通信模块、数据采集模块、环境温湿度控制模块、人机界面操作模块。

所列各模块的功能具有独立性，需要并行执行，而模块间有需要相互协调和信息交流。

根据这些要求，把各个功能模块的内容分配给若干个任务运行，就可以实现并行执行，又可以利用任务间通信满足模块间协调交流的要求。

2．2功能模块的多任务实现RL －RTX 提供了多个创建任务的函数：os＿tsk＿create ，os＿tsk＿create＿ex ，os＿tsk＿create＿user ，os＿tsk＿create＿user＿ex 。

其中os＿tsk＿create＿user＿ex 的功能最多，用来创建、启动，指定一个自定义栈以及传递一个参数指针给新任务，函数原型为：OS＿TID os＿tsk＿create＿user＿ex (void(觹task)(void 觹)，U8priority ，void觹stk ，U16size ，void觹argv);参数说明：task ：任务执行函数的入口地址基于RL－ARM 的嵌入式温棚环境监控系统设计*孟一飞杨泽林刘大铭（宁夏大学物理电气信息学院，宁夏银川750021）Design of Monitoring System on Greenhouse Environment Based on RL－ARM摘要提出一种嵌入式温棚监控系统设计方案，应用于林木种苗培育温棚环境的自动调节。

该设计以NXP2000系列微控制器芯片为硬件核心，在程序设计中充分利用了MDK 开发套件中RL－ARM 实时库提供的RTX 操作系统、文件系统和TCP ／IP 协议栈。

本文设计的监控系统通过485总线收集监测数据，同时作为Web 服务器，不但将监测数据通过网页发送给客户端，并且利用CGI 技术将客户端在页面上操作的控制信息传送给服务器，实现远程监控。

关键词：RL－ARM 库，嵌入式系统，CGI ，Web 服务器AbstractDesigning of embedded greenhouse control system is discussed in this paper．NXP2000MCU is used as the core of hardware platform．In the process of program designing,RL－ARM Real Time Library provided by MDK－ARM is introduced．The control system discussed in this article get information through 485BUS,the system also act as WEB server provide environ-ment parameter to client through Ethernet,in the further way the control message that the client operate on web page can be processed and reacted by the way of CGI technology．Keywords :RL－ARM,Embedded System,CGI,WebServer 图1系统结构31基于RL－ARM的嵌入式温棚环境监控系统设计priority：任务优先级stk：分配给任务的堆栈指针size：堆栈大小argv：传递给任务的参数创建任务函数的返回值类型OS＿TID的宏定义是整型数，其作用是在任务通信时作为任务标识码。

在实际应用中，如果创建的任务不需要数据空间，没有必要为其分配堆栈，可以选用较简单的创建任务函数os＿tsk＿cre-ate，该函数功能与os＿tsk＿create＿user＿ex相同，只是函数的型参中没有stk和argv。

RL－RTX中任务的创建方法通常是：首先创建一个初始化任务，在这个任务中完成其他任务的创建。

根据上文提出的模块划分，需要在初始化任务中将4个功能模块分配给创建的任务。

实现以太网模块的功能，需要两个任务的支持。

首先，要创建一个运行函数main＿TcpNet的任务，main＿TcpNet是RL－TCP-Net库中的主函数，main＿TcpNet轮询以太网控制器并接收数据。

当接收到来自客户端的数据时，则调用合适的TCPnet库函数来处理数据，并将结果传送到用户应用程序。

其次，由于以太网各类事件的处理都要设定超时限制，需要一个轮询执行函数timer＿tick的任务，timer＿tick检查设定超时限制的是以太网事件，如果事件超时则做出响应的处理。

3利用RL－TCPnet实现Web服务器在创建任务的过程中，以太网任务循环执行函数main＿TcpNet，从客户端发出的各种应用层请求信息都会被main＿TcpNet处理，并调用相应的应用程序做出响应。

在此基础上实现Web服务器的功能，只需要对Net＿Config．c文件中的宏定义和全局变量进行合理配置即可，其中与Web服务器相关的宏定义有：＃define HTTP＿ENABLE1＃define HTTP＿NUMSESS5＃define HTTP＿PORTNUM80＃define HTTP＿ENAUTH1＃define HTTP＿AUTHREALM″Embedded WEB Server″＃define HTTP＿AUTHUSER″admin″＃define HTTP＿AUTHPASSW″″配置项目依次为：服务器功能使能、客户端数量、端口号、认证登陆使能、认证域名、用户名、口令。

实现Web服务器的另一个重要内容是服务器提供的页面。

在Keil公司推出RealView MDK－ARM开发套件之前，如果没有文件系统的支持，嵌入式系统提供的页面只能以字符串数组的形式在C语言代码中编写，页面内容的复杂程度受到很大限制。

而现在，MDK套件的编译器能够自动将html文件转换为C 语言代码，然后编译生成目标代码。

这一新颖实用的功能使嵌入式系统能够在简单的操作系统平台上实现功能更为强大的Web服务器。

4利用脚本语句实现动态网页按照设计目标，温棚监控系统作为Web服务器提供的页面内容既要显示温棚环境温湿度的实时变化情况，又要提供对监控系统进行控制的页面表单。

MDK编译器支持的html脚本语言和RL－TCPnet库提供的CGI函数二者的结合使用能够实现符合上述要求的动态网页。

4．1使用脚本语言创建动态页面利用MDK编译器支持的脚本语言，可以生成动态效果的页面。

实际上，使用脚本语言编写页面，完全是用标准的html语言描述页面内容，但脚本语言在每一行html语言的前面都加上了一个命令字符。

命令字符的特点是能够将某一行html语言字符串设定为环境变量字符串。

环境变量字符串中的内容可以被cgi＿func函数动态加载从而将服务器端动态变化的信息体现在网页上。

脚本语言的规则很简单，每一个脚本行都以命令字符开头，命令字符说明了其后的脚本语言的类型。

例如，本设计的页面中要有体现环境温度的内容，而环境温度又是不断随时间变化的，因此要将反映温度的这一行页面描述设定为环境变量字符串，如以下代码：c a i＜td＞＜input type＝text name＝temp value＝″土壤温度：％d″size＝18maxlength＝18＞＜／td＞＜／tr＞在该行语句中，html语句定义了一个文本框，文本框中的文字内容为：“土壤温度XX”其中“XX”是动态变化的温度数值，而语句前面的c、a、i三个字母则是对环境变量字符串的设定，“c”是命令字符，“a”和“i”是作为这一段环境变量字符串的标识，cgi＿func将根据这些标识把动态变量写入相应的字符串。

4．2cgi＿func函数对网页动态信息的处理函数cgi＿func被HTTP服务器的脚本解释器调用，函数的原型为：U16cgi＿func(U8觹env,U8觹buf,U16buflen,U32觹pcgi)其中参数buf是HTTP服务器传输的页面信息的指针，env 是环境变量字符串的头指针，如4．1节所述，环境变量字符串在页面脚本文件中由命令字符“c”标识。

cgi＿func运用case分支语句对页面信息中的环境变量字符串进行分析和处理，调用sprintf函数将动态环境变量写入到页面信息中。