基于物联网的温室控制系统设计说明.doc

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1、本科生毕业论文（设计）题 目: 基于物联网的温室控制系统设计16 / 18目录摘要1关键词1Abstract1Key words11 研究背景11.1研究的意义11.2国外研究现状与发展趋势21.3研究容22. 温室控制系统设计32.1 整体构架32.2 主要技术33 系统硬件设计方案43.1 基于S3C2440的控制器43.2 USB无线网卡53.3 无线路由器53.4USB摄像头53.5 UDA1341音频解码芯片63.6 DHT11温室度传感器模块63.7 AD采样73.8 PWM波产生器73.9 三极管电子开关73.10 硬件框图73.11模拟温室图84 系统软件设计方案94.1温室端

2、94.1.1 Uboot移植94.1.2 Linux移植94.1.3 制作文件系统94.1.4 Linux驱动的编写104.1.5 V4L2视频采集114.1.6 基于SOCKET编写SERVER控制主程序114.1.7 移植MADPLAY播放器124.1.8 软件构架图134.2 PC端144.3 安卓端155 总结16致17参考文献:18基于物联网的温室控制系统设计摘要：随着信息技术和网络技术的飞速发展，通过物联网来实现对温室的远程控制是智能农业的一个发展趋势，本设计主要研究的是基于物联网的温室控制系统，采用以ARM9为核心的S3C2440微控制器作为温室端的主控制器并且移植了Linux操

3、作系统，实现了PC机，安卓手机通过网络对温室的实时视频监控、温湿度光强采集与控制。传统的智能温室需要工作人员进行本地操纵和看护，本设计解决了这个问题，实现了对温室的远程操纵和看护，做到足不出户种好田。关键词：温室；物联网；linux；控制系统Design of Greenhouse Control System Based on InternetofThingsStudent majoring in Electronic Information Science and Technology Song ShuoTutor Zou XiuguoAbstract:With the rapid dev

4、elopment of information technology and network technology, using networking to achieve the greenhouse remote control is a development trend of intelligent agriculture. this study was designed primarily Things greenhouse control system based on the use in the core of the S3C2440 ARM9 microcontroller

5、as the host controller side of the greenhouse and transplanted linux operating system, realized the PC and Android phone via a network of real-time video monitoring of greenhouse temperature and humidity acquisition and control of light intensity. Traditional intelligent greenhouse require manipulat

6、ion of local staff and caregivers, this design solves this problem. the realization of greenhouse remote manipulation and care, so that do not go out to plant the fine fields.Key words:greenhouse; internetofthings; linux;control systems引言随着计算机技术、传感器技术和网络技术的迅速发展以与整个社会信息化程度的快速提高，智能化农业也取得了飞速的发展。物联网一种把物

7、体与电脑、手持设备通过互联网连起来的通讯网络。换而言之，物联网连接着实物对象与智能化设备的网络，对象的连接信息的采集，传输，计算过程不需要人的参与和干涉。物联网是嵌入式技术与互联网技术的完美融合，在现代农业中，大量的传感器节点构成了一全方位，地毯式，高精度的监控网络，为了帮助作业人员快速地发现问题并且精确地捕捉发生问题的具体位置，可以通过各种传感器来采集与农作物生长有关的各种信息，数字智能控制系统在耕作、播种、施肥、灌溉和其他领域的业务的应用可以最大化的提高资源的农业投入的效率。基于物联网的远程监控已成现代信息化农业发展的一个热点问题。精准农业做为一种基于信息和知识管理的现代农业生产系统，农业

8、信息化是现代化农业的发展的趋势，而农业信息数据库是实现农业信息化的基础，从而提高工作效率，超越了地域的局限。嵌入式技术与互联网技术的发展为农业信息系统的研究提供了一个方向，思路。1 研究背景1.1 研究的意义传统的温室，作业人员获取温室信息的途径比较少，主要是通过人工测量的方式来获取温室环境和作物信息，需要耗费大量的人力、物力来调控温室环境，要求作业人员随时看管温室，不但浪费大量人力物力而且也无法达到对温室的精准控制。半自动话的温室也要求作业人员长期看护。而基于物联网的温室，不仅可以精确地控制、捕获温室环境，作业人员可以在全球任意一个有互联网的角落进行温室的远程监控和管理。物联网也可以实现自动

9、信息获取与调控。通过配备无线传感节点，每个无线传感节点可监测各类环境参数。为了实现所有温室测试地点信息的获取、调控和分析处理，并以简单明了的图表和曲线方式显示给各个温室的操作人员，可由无线方式将信息传回，并根据不同植物的需求来提供各种不同的声光和短信报警信号，实现温室统一化、网络化式远程管理。 此外，在产品收获后通过智能软件对收集信息的处理可以得到植物在不同阶段的环境影响因素，然后反馈到下一轮的生产，不断积累和进步，从而得到质量更好的产品。1.2 国外研究现状与发展趋势近年来，随着互联网技术、嵌入式技术和传感器技术的不断发展，智能农业、精准农业已经得到快速发展。物联网技术在采集农作物土壤养分数

10、据、土壤含水量信息以与温度信息、湿度信息，有关土地的氮浓缩量、湿度信息、和土壤pH值等方面正在发挥出越来越大的作用，通过科学监测，科学种植，科学防灾从而帮助提高农产品产量，提高农业综合效益，不断转型升级现代农业。在现代温室中，集群式的传感器组成了一功能各异的监控网络，通过各种传感器采集的温室信息，用户能够与时地发现问题，解决问题并且可以准确地获取问题发生的具体位置。这种新型的种植方式使农业向智能化现代化方式发展。目前，在我国出现了一大批高性能、低成本的温湿度和植物营养息采集传感器，它们正在农业生产作业领域发挥着不可替代的作用，解决了快速获取温室中各种植物生长相关信息的技术难点。比如具有自主知识

11、产权的可以精确地分析营养液和农作物的养分信息传感器；高精度智能称重传感器测量系统的智能化成功地解决了监控系统的效率和精度问题。在现代化的物联网温室里，通过各种传感器获取对应的传感器信息，并将信息传给上位机，由上位机控制执行部件作用于温室环境，从而保证农作物一直都处在一个适宜的、良好的生长环境中。基于物联网的农业系统在发达国家的发展更是十分地迅速，已经被应用到农业的各个领域中，如土地资源的合理利用、绿色食品的监管、植物生长环境监测等相关领域，基于物联网技术的温室控制应用的研究也相继开展，并取得了一定的成绩。荷兰的蔬菜温室的智能化水平堪称是世界一流，温室的湿度补给量、光照补给量、温度补给量等参数都

12、是由上位机自动计算出来的，其所需数据都来自温室的环境数据采集车，每2小时就能将温室营养液的含量以与植物的生长信息测定一次，温室的蔬菜产量与质量都比传统生产方式提高了810倍，而所耗费的人力却大大减少了。美国、法国和日本等国家主要综合了嵌入式技术、传感器技术和互联网技术等现代化技术构建了现代化的农业生态环境监测网络，建立了一个全国围的农业智能化管理系统，做到了对农业环境的全面获取和控制，从而确保农业生态环境的可持续智能化发展。例如，美国已形成了生态环境信息采集-信息传输处理-信息发布的分层体系结构。2008年，法国建立了比较完备的、可以指导施肥、施药、收获等农业生产过程的农业区域监测系统。1.3

13、 研究容本设计的主要工作如下：（1）了解ARM9体系结构和学习S3C2440微控制器。 （2）无线网络以与摄像头的应用。 （3）音频解码芯片、温湿度模块、PWM输出与AD采样的学习。 （4）Uboot、Linux的移植与嵌入式文件系统的制作。 （5）Linux下驱动程序的编写。（6）V4L2视频采集的研究。（7）Socket编程的研究。（8）MFC编程的研究。（9）安卓开发平台的搭建与软件的开发。2. 温室控制系统设计2.1 整体构架本设计中，个人PC机、安卓手机和温室主控制器通过无线路由器相连，通过个人PC机和安卓手机可以通过网络对温室的进行温度，湿度，光强的控制以与实时视频流监控，如图2-

14、1所示。图 2-1系统整体构架2.2主要技术嵌入式系统的定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应于对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统分为硬件和软件两部分。软件部分分为嵌入式操作系统和应用程序两个部分。嵌入式操作系统起着进程调度，存管理，设备管理，文件系统，网络通讯等作用，并且衔接了应用程序与硬件，保证系统的稳定运行以与各种操作的实现。系统专用功能通过应用程序实现。嵌入式系统起源于60年代，最早应用于军事领域。70年代末期诞生的单片机成为嵌入式系统应用的坚实基础。随着微电子技术的发展以与处理器设计水平的提高，以ARM、DSP等32位处理器

15、己经在移动通讯、手持设备等领域占据了绝对的优势。一般来说以32位以上的处理器为核心的系统才称为嵌入式系统，由嵌入式硬件设备、嵌入式操作系统、嵌入式应用软件三部分组成的专用计算机系统。现如今时代，人们工作的各个领域都能看到嵌入式系统的影子，生活中，人们已经离不开嵌入式系统了，嵌入式处理器已占嵌入式处理器市场份额的94。而基于Linux的嵌入式系统也在不断地发展，不仅继承了Linux源码开放、核稳定高效、软件丰富等优势，还支持大量的处理器构架和硬件平台、占有运存小、成本低廉、结构紧凑等特点。本设计的温室端主控制器系统采用了ARM9处理器+LINUX操作系统。Android中文名字为安卓，是在Lin

16、ux核基础上开发并优化了jvm的操作系统，本设计用Eclipse集成开发环境并且使用Java语言开发了基于安卓操作系统的温室客户端操作软件，实现了用安卓手机远程控制温室。VC+6.0是Microsoft公司推出的用于开发Windows桌面程序集成开发环境，并且添加了微软基础类库MFC。MFC不仅给程序开发人员提供了Windows桌面程序下的应用程序框架，还提供了创建应用程序的大量组件，这样以来，开发Windows桌面程序就变得很简单，所以节省了大量的时间。另外，它提供了大量的代码，指引用户编程时去实现某些技术和功能。因此，使用VC+提供的高度智能化的应用程序开发工具和MFC基础类库，可使我们高

17、效地开发应用程序。微软基础类库由C+类库和MFC基础类库等两部分组成，前者是是MFC类库的主体部分，这些类是MFC桌面程序程序开发的框架。后者是前者更高层次的封装，它们都是MFC进行Windows桌面程序开发时不可或缺的组成部分。正是由于MFC面向对象的开发思想使得我们编程变得容易和便于维护，基本上我们程序所需的功能，库中的很多对象都提供了，这使得桌面程序开发者大大减少了代码量，从而保证了程序有很好的可读性和维护性。本设计使用VC+6.0使用了MFC类库并且还移植了GDI+多媒体库开发了PC端温室客户端操作软件。实现了PC机通过网络对温室进行远程控制。3 系统硬件设计方案3.1 基于S3C24

18、40的控制器S3C2440基于ARM920T核心，采用32位精简指令集，功耗较低，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用，采用了新的总线架构如先进微控制总线构架。主要功能有以下几点：本文采用的主控制板如图3-1所示：图3-1ARM S3C2440开发板3.2 USB无线网卡本设计采用SAGEM（萨基姆，如图3-2所示）型号： XG-760A，频率围为2.4G 2.4835GHz，传输率为54M/48M/36M/24M/18M/11M/5.5M/2M/1M，接口类型为USB 2.0兼容USB1.X，天线类型为One PIFA Antenna，适用网络为802.11g（54M）802.11

19、b（11M），加密方式为WEP 64/128 bits，USB主控芯片为ZD1211，本设计所用的2.6.30.4核中有此无线网卡的驱动，但是由于成本问题，厂家并没有把无线网卡的固件固化在无线网卡中，也就是说，无线网卡只有RAM和存有基本功能程序的ROM，为了让无线网卡能够正常工作，还得去官网下载相应的固件，当无线网卡驱动程序工作时，无线网卡驱动程序会自动把此固件加载到到无线网卡的RAM中，无线网卡运行RAM 中的程序后就能够进行正常地工作。图 3-2 USB无线网卡3.3 无线路由器本设计采用TP-LINK路由器，加密方式为WEP 64 ，SSID为：song，密码为：1111111111，

20、温室主控板一开机便会自动连接此无线热点，PC机、安卓手机与温室的主控器通过此路由器组成无线局域网进行通讯。3.4USB摄像头常见的CMOS摄像头可分为数字量输出摄像头和模拟量输出摄像头。数字量输出摄像头叫做数字摄像头，模拟量输出的摄像头叫做模拟摄像头。数字摄像头的输出信号可以直接被微处理器获取。模拟摄像头的输出信号必须转换成数字信号并加以压缩后才可以被微处理器获取。目前市场上的摄像头基本是USB接口的，这种产品占据着大部分的摄像头市场。在此之前还有过一种摄像头曾经风靡一时，不过得与视频采集卡配合使用，已经过时了。由于个人计算机的迅速普与再加上USB接口的传输速度远远高于串口、并口的速度，因此市

21、场上大多都是USB接口的数字摄像头。USB摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头（LENS）聚焦后生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为不同的电压信号，经过A/D（模数转换）转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片（DSP）中进行压缩处理，最后USB主控芯片通过USB传输协议进行图片传输。本设计采用中星微USB摄像头，USB主控芯片为ZC0301，linux 2.6.30.4核自带了此款USB摄像头驱动程序。这款摄像头支持640*480的高清图片拍摄，有很好的稳定性和色彩效果，并可以调节曝光度等等视频采集参数。置DSP数字信号处理器，将原始RGB图片压缩为jpeg格式图片后通过US

22、B接口输出。3.5 UDA1341音频解码芯片UDA1341（如图3-3所示）是一款性价比很高的音频解码芯片采用IIS传输协议，可以采集音频信号（模数转换）和播放音频信号（数模转换），使用 IIS数字音频接口与CPU进行通讯，还提供了音频信号处理的功能。被大量应用于嵌入式多媒体立体声音播放领域。本设计通过UDA1341音频解码芯片外接了一个音响，用于播放音乐促进植物生长。图 3-3 UDA13413.6 DHT11温室度传感器模块DHT11数字温湿度传感器采用先进的半导体技术与温度测量技术不但具有极高的可靠性还具超高的稳定性使之成为了一款具有高精确信号输出（单总线协议）的温湿度传感器。传感器使

23、用半导体技术在其部集成了感湿电路和测温电路，并与一个高性能8位单片机相连接。校准系数是以数据的形式存在于DHT11部存储器中的，而且在出厂时都被校验过，可以放心使用。传感器使用单总线串行接口，只需要一根线就能够进行数据通讯，节省布线成本，使用方便。另外，超低功耗使之更适用于嵌入式领域。该产品有三个引脚，VCC，GND，DATA采用3.3v或5v供电，温湿度信息通过DATA信号线一位一位的传给微处理器，每次传输5个字节，本设计采用DHT11温湿度传感器来采集温室温湿度信息，用C语言基于linux混杂设备驱动模型开发了驱动程序用于采集温度、湿度信息进而进行对其科学控制。3.7 AD采样S3C244

24、0 的具有8 通道模拟输入的10 位模数转换器（ADC），A/D 转换器用于将模拟信号转换成数字信号。本设计采用S3C2440 的模拟输入的0号通道，当光强变化时，光敏电阻的阻值会发生变化，从而引起电压的变化，通过采集光敏电阻的电压值进而进行数据处理转换从而获得光强度，反馈给用户。3.8 PWM波产生器S3C2410A片有5个16位定时器。本设计采用S3C2440 的定时器0，用于输出PWM波控制温室光照强度，同时还实现了呼吸灯的效果。3.9 三极管电子开关8050三极管最大集电极电流(A)：0.5 A，直流电增益：10 to 60，由于S3C2440的GPIO驱动能力弱，本设计采用8050三

25、极管做电子开关（如图3-4所示），用来控制模拟温室的照明灯光的电磁继电器，模拟加热器的电磁继电器，模拟喷水器的电磁继电器和模拟通风机的电磁继电器。图 3-4 三极管开关电路3.10 硬件框图本设计采用三星公司的基于ARM9的S3C2440微控制器，连接了DHT11温湿度传感器模块，用于采集温室温湿度信息、感光模块用于采集光照强度、通风机用于给温室通风、喷水器用于给农作物浇灌、加热器用于给温室增温、UDA1341音频解码芯片用于给植物播放音乐、USB摄像头用于采集实时视频、USB无线网卡用于连接互联网、照明灯用于照明，如图3-5所示。图 3-5 系统硬件构架3.11模拟温室图本设计用亚克力板做了

26、一个模拟温室如图3-6所示，配备了USB摄像头、通风机、加热器、喷水器、音响、亮度可调照明灯、光强监测系统等等，摄像头实时拍摄温室的图像，通风机用于给温室通风，当温度不够高时，用户可以开启加热器给温室增温，当植物需要补水时，用户可以开启喷水器，还可以在适当的时候给植物播放音乐和展现呼吸灯，让农作物更好的成长，同时温湿度传感器和光强度传感器也会实时地把信息传给用户。图 3-6 模拟温室图4 系统软件设计方案4.1 温室端4.1.1 Uboot移植U-Boot，全称Universal Boot Loader，用于引导操作系统启动。U-Boot有与Linux 核很相似的源码目录、编译形式，事实上，U

27、-Boot中的很多设备驱动程序就是一些Linux核驱动程序的简化，比如NANDFLASH，网卡等等驱动程序，如果在linux驱动框架下重新整理这些驱动程序，便可以在linux下使用。本设计采用1.1.6版的UBOOT，交叉编译器为4.3.3。使用vmware6.0虚拟机软件装了比较好用的linux发行版Fedora10操作系统。移植步骤：（1）在虚拟机中新建一个开发板的相应目录和文件（2）修改SDRAM的配置（3）增加对S3C2440的支持（4）编译UBOOT映象4.1.2 Linux移植Linux使用GPL，所有对嵌入式Linux感兴趣的人都可以从互联网上免费下载其核并移植到特定的平台和开发

28、移植相应的应用程序。嵌入式Linux的发展变得极为迅速。富士通已经在销售基于Linux操作系统的消费类电子产品，例如个人PDA等，IBM也打算在手持机上装载Linux 操作系统，摩托罗拉则计划在其未来推出基于Linux操作系统的手机。“Linux 标准库”组织现在也在嵌入式领域开展了对Linux 进行标准化的工作，但在以前都是对在X86上运行的Linux 进行标准化的。嵌入式Linux 标准吸取了“Linux 标准库”以与Unix 组织中有益的元素。本设计采用2.6.30.4版的linux核，交叉编译器为4.3.3。使用vmware6.0虚拟机软件装了比较好用的linux发行版Fedora10

29、操作系统。主要操作步骤如下：（1）获取linux系统源码（2）解压系统源码到虚拟机中（3）在系统中添加对ARM处理器的支持（4）修改平台输入时钟（5）修改机器码（6）NandFlash驱动移植（7）移植Yaffs文件系统（8）配置和编译核4.1.3 制作文件系统BusyBox为嵌入式Linux提供了一个标准的单个可执行工具集。有些人将BusyBox称为Linux工具里的瑞士军刀。BusyBox包含了一些例如cat和echo等常用的工具也包含了例如grep、find、mount以与telnet等一些功能更大、更复杂的工具。BusyBox集成压缩了Linux的许多常用的工具和命令通俗的讲它好像就是

30、linux的一个大的工具箱。Bruce Perens在1996年为Debian GNU/Linux编写了一个GNU/Linux系统的引导程序，它可以安装在安装盘和急救盘上，后来发展为BusyBox。先到相关下载busybox源代码，然后操作如下：（1）配置busybox配置busybox的配置程序和linux核菜单配置方式简直一模一样下面是编译busybox时的配置功能选项。必须选定此选项，这样才可以把busybox编译成静态的可执行文件，运行时才不需要其他函数库的支持。否则在单个linux核的情况下它不能够正常工作，必需要添加其他库文件到文件系统中才能运行，比较麻烦，因此建议选择此选项。Do

31、nt use /usr必须选定此选项，用来告诉程序不要安装在系统路径中。（2）编译并安装busybox编译好后在busybox目录下生成子目录_install，里面的容：其中可执行文件busybox在bin目录下，其他的都是指向他的符号。生成这些文件后使用yaffs映象工具生成根文件系统映象，然后通过UBOOT下载到开发板的NANDFLASH中，自此完整的嵌入式linux系统构建起来了，最后由linux核启动时自动挂载此文件系统映象，然后从该文件系统中获取驱动文件并插入核，最后获取应用程序并且使之运行。4.1.4 Linux驱动的编写（1）编写GPIO口驱动程序本设计使用了三个GPIO口，GP

32、G0（用于控制加热器），GPG1（用于控制喷水器），GPG10（用于控制通风电机），以字符设备驱动模型编写了此驱动程序，设备名为song_gpio，主设备号为231。应用程序使用open函数打开此设备，然后调用ioctl函数便可对IO口的电平进行控制，从而实现对加热器，喷水器，通风电机的控制。（2）编写AD模块驱动程序本设计使用了S3C2440片AD模块，用于采集光照强度，同样以字符设备驱动模型编写了此驱动程序，设备名为song_adc。光强的变化会引起光敏电阻阻值的变化，从而引起电压的变化，应用程序通过获得光敏的电压值来计算当前的光照强度，从而反馈给作业人员。（3）编写PWM模块驱动程序本设

33、计使用了S3C2440片PWM模块，用于控制温室照明，以混杂设备驱动模型编写了此驱动程序，设备名为song_pwm。应用程序通过调用驱动程序改变PWM输出波的占空比，从而改变照明灯获取的功率，从而使光照强度变得可调。（4）编写DHT11模块驱动程序本设计使用了DHT11温湿度传感器模块，这款传感器采用单总线传输协议，本设计也是以混杂设备驱动模型编写了此驱动程序，设备名为song_dht11。为了减少误差，在本设计中应用程序获取了五次温湿度信息之后进行冒泡排序，有效值取中间值，进行格式处理后发给PC机和安卓手机，让操作人员实时了解温室的温湿度信息。4.1.5 V4L2视频采集Video for

34、Linux two(Video4Linux2)简称V4L2，是V4L的改进版。V4L2是linux操作系统下用于采集视频，图片数据的API接口，在远程视频监控系统中有着广泛的应用，配合符合V4L2框架的驱动程序和对应的视频采集设备，可以实现图片、视频等信息的采集。V4L2在include/linux/videodev.h文件中定义了一些标准数据结构，应用程序和驱动程序通过ioctl函数和这些标准数据结构进行数据通讯从而获得图像数据。V4L2规中不仅定义了输入/输出方法(Input/Output)，图像的格式(Image Formats)等通用API接口，还定义了Linux核驱动处理视频信息如V

35、ideo Capture， Video Output， Video Overlay ，Video Output Overlay ，Codec等一系列接口(Interfaces)。V4L2支持存映射方式(mmap)和直接读取方式(read)来采集数据，存映射方式一般用于连续视频数据的采集，直接读取方式常用于静态图片数据的采集，本设计采用存映射方式采集视频，所以，重点讨论存映射方式的视频采集。应用程序通过V4L2接口采集视频数据分为以下几个步骤：（1）打开摄像头设备，使用阻塞方式打开，通过ioctl函数和v4l2_format数据结构初始化视频图像的大小和格式等参数。（2）使用ioctl函数让驱动

36、程序申请若干视频采集的帧缓冲区，并用mmap函数将这些帧缓冲区从核空间映射到用户空间，以便于应用程序直接读取视频数据。（3）打开视频。（4）通过ioctl函数让驱动程序开始采集视频数据。（5）停止视频采集。应用程序与驱动程序对图像缓冲区的整个处理过程，如图4-1所示。图 4-1视频采集输入和输出队列示意图因为本设计采用这款中星微USB摄像头传回来的原始图像数据就是jpeg格式，linux核中自带了用v4l2框架编写的驱动程序，因此应用程序可以直接获取USB摄像头采集到的图片数据，因为本设计所采用的处理器核心为ARM9，它的多媒体数据处理能力很有限，因此本设计没有进行帧间压缩，为了减轻处理器负担

37、所以本设计没采用的视频数据流格式为为mjpeg（运动静止图像压缩技术）。实际工作过程中帧率差不多为5帧/s，所占带宽不到100kB/s。4.1.6 基于SOCKET编写SERVER控制主程序Socket也叫作“套接字”，上层应用程序通过“套接字”向网络发出数据包或者接收网络数据包从而实现网络通讯。拿J2SDK来说，ServerSocket被用于SERVER端，Socket用于CLIENT端是建立连接时而使用的。Socket和ServerSocket类库都在java .net包中。当CLIENT连接SERVER成功时，CLIENT和SERVER都会得到一个套接字实例，通过对这个实例的读写，即可完

38、成数据的网络传输。对于一个CONNECT来说，套接字跨平台的，不会因为在服务器端或在客户端而产生不同，也不会因为处理器的不同而不同。根据操作系统所提供的网络编程API，SOCKET编程一般可可以分为如下三个步骤：SERVER监听，CLIENT请求连接，SERVER确认连接。SEVER监听：创建SERVER SOCKET实时处于等待连接的状态。CLIENT请求：指客户端通过IP地址和端口号设置套接字然后请求到要连接的服务器端的目标套接字。SERVER确认：是指当SERVER监听到CLIENT请求，新建1个CONNECT，然后把SERVER的描述结构体发给CLIENT，CLIENT确认表示已建成连

39、接。流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）是套接字常用的两种类型。前者是一种面向连接的套接字，用于面向连接的TCP网络应用，为可靠性传输；后者是一种无连接的套接字，对应于无连接的UDP网络应用，用于传输速度快但可靠性要求不高的场合。程序可以调用Socket函数来建立套接字，这个函数返回一个套接字句柄，供应用程序读写，实现网络通讯。socket函数原型为：int socket(int way,int type,intprotocol)；way代表所使用的协议族类型，一般情况下设为PF_INET，同时这个函数也允许程序使用低层的IP协议，一般情况下

40、protocol设为0。Socket函数会返回给应用程序一个整型的socket描述符，应用程序可以根据实际情况对之读取或写入数据。Socket句柄指向socket描述符表入口，实际上它就是一个指向操作系统部数据结构的指针。当应用程序调用Socket函数时，socket的子系统的实现部分将建立一个Socket返回给应用程序。网络应用程序之间的一个网络连接包括了五种信息并且存在于Socket数据结构中分别是：传输层协议、本地IP地址、本地端口号、目标IP地址和目标端口号。本设计的温室主控板与PC机、安卓手机通讯都是基于socket套接字的，本设计实现了多线程socket编程，每次被PC机或安卓手机

41、连接时，都会自动创建一个线程进行单独处理，因此主控端可以同时连接多个PC 终端和安卓终端，主控板通过USB无线网卡，把视频数据、温湿度光强信息发给PC机和安卓手机，PC机和安卓手机通过控制字对温室进行控制。在实验阶段由于发现本系统本身视频传输所占带宽并不高，采用UDP并不能明显改善用户体验，因此本设计采用可靠性较高的TCP协议并自主设计了视频帧传输格式，每一次传输图像数据前，首先传输固定的四个字节，用于表示当前帧的大小，从而告诉接收端此次要接收多少个字节，接收端接收到一幅图片数据后即调用相应的显示图像函数进行显示，循环此过程，就会显示出实时视频流。本设计自主设计了温湿度信息和光强信息的传输帧格

42、式，应用程序每次获得温湿度信息、光强度信息后都把这三个数据进行封包，每个封包都有固定的长度，而且每隔100ms便会向终端发送一次，因此接收端很容易就可以解析出包中的温湿度信息和光强信息并且有很高的实时性。PC机和安卓手机是通过一个字节8位的控制字进行控制温室操作的，一个字节8个bit，共可以表示256种信号，比如终端给温室控制器发送1时就代表开喷水器，发2时就代表关喷水器。4.1.7 移植MADPLAY播放器Madplay是一个常用的嵌入式MP3音乐播放器采用MAD 算法，解码效果在同类软件中还是非常出色的，而且还支持命令行操作。该多媒体播放应用程序的实现方式与同类应用相比有很好的通用性，只需

43、要很小幅度的修改就能移植到不同的嵌入式平台上，可广泛使用在各种多媒体播放器中。madplay的移植需过程：（1）编译zlib （2）编译libid3tag（3）编译libmad（4）编译madplay当终端发出“播放音乐”指令时，应用程序会先vfork一个进程，并且保存其进程ID，然后使用exec族函数载入madplay播放器的可执行映象，从而实现音乐的播放，促进植物更好的生长，当用户发出“关闭音乐“指令时，应用程序会向之前保存的那个进程ID发送一个kill信号，杀死那个音乐播放线程，从而停止播放音乐。4.1.8软件构架图图4-2是系统软件构架图，视频采集应用采用多线程编程、V4L2编程和网络

44、编程等技术用来采集视频流传给PC机和安卓手机，从而实现实时视频监控，SERVER控制应用用来接收PC机和安卓手机的指令完成对温室通风机、喷水器、加热器、照明灯、音乐播放器的控制，温湿度采集应用用来把温湿度数据传给PC机和安卓手机，MADPLAY播放器用于播放MP3歌曲，开机流水灯应用用来指示开机完成，呼吸灯应用用来实现灯光的催眠效果。本设计采用了2.6.30.4版的linux核，核可抢占，实时性较高。GPIO驱动用来驱动与通风机、喷水器、加热器相连的IO口，AD驱动用来采集实时光照强度，PWM驱动用来驱动照明系统，并使照明系统实现亮度可调节，DHT11驱动用来驱动温湿度传感器模块从而获取温湿度

45、的实时数据信息，UDA1341驱动用来驱动音频解码芯片，用来播放音乐。USB无线网卡驱动用来驱动USB无线网卡，从而进行网络通讯，USB摄像头驱动用来驱动USB摄像头从而获取图像数据，进行实时视频监控。图 4-2系统软件构架4.2 PC端本人事先学习了WINDOWS下C+语言与其编程，随后为了简化程序开发，移植了GDI+多媒体库，以便于直接解压并显示jpeg格式的图像帧，并且使用了微软基础类库MFC大提高了开发效率。最后融合了多线程编程、SOCKET编程、信号编程和定时器编程完成了PC端软件的设计。本设计用VC+6.0设计了如图4-3的PC端控制程序，左侧为实时视频流，实时显示了温室的情况，右

46、侧为控制信息，IP为温室主控板的IP地址，如果温室控制板有公有IP便可以实现在全球任何一个联网的地方通过PC机和安卓手机进行温室管理。实时温度，实时湿度，实时光强为温室的实时温度，实时湿度和实时光强。设置温湿度为智能模式下要维持的一个数值，开启智能模式时，当温室温度高于这个值，通风机便会自动打开，低于此温度，加热器就会自动打开。播放音乐用于打开温室端的音乐播放器，开始喷水，开始增温，开始通风分别控制喷水器，加热器和通风机。开灯用于开启温室的照明，并且光强可调，另外还实现了一个催眠呼吸灯的效果，用于促进植物生长。图 4-3PC端控制界面4.3 安卓端本人事先学习了JAVA语言，随后搭建了安卓开发

47、环境并且学习了安卓多线程编程、安卓SOCKET编程以与安卓多媒体编程最后融合了这几种编程方法，用Eclipse集成开发环境设计了如图4-4的安卓端控制程序，左侧为实时视频流，用于实时显示温室的当前情况，右侧为控制信息，IP为温室主控板的IP地址，如果此IP为公有IP，便可以在全球任何一个联网的角落对温室进行实时管理，实时温度，实时湿度，实时光强实时显示着温室的温度，湿度和光强。设置温湿度为智能模式下要维持的一个数值，开启智能模式时，当温室温度高于这个值，通风机便会自动打开，低于此温度，加热器就会自动打开。播放音乐用于打开温室端的音乐播放器，用于促进植物的良好成长。开始喷水，开始增温，开始通风分别控制喷水器，加热器和通风机。开灯用于开启温室的照明，并且光强可调，另外还实现了一个催眠呼吸灯的效果，用于促进植物生长。图 4-4安卓端控制界面5 总结经过几个月的刻苦研究与实践，在本次毕业设计中我完成了以下工作：（1）学会了ARM9核的S3C2440控制器，熟悉了NandFlash,网卡，摄像头的原理。（2）学会移植Uboot、Linux