基于AVR单片机的现场监控系统的开发与实现

摘要

随着计算机技术与微电子技术的发展,各种单片机或微控制器(MCU)组成的嵌入式系统,已经在工业自动化、办公自动化和楼宇自动化等领域得到了广泛的应用。为了实现远程数据采集、远程监控等功能,网络化已成为新一代嵌入式系统发展的一个重要趋势。以太网技术与目前迅猛发展的嵌入式技术的结合形成了嵌入式以太网技术。基于嵌入式以太网的远程监控系统借助网络完成监视与控制任务,将监控范围扩展到更广的空间,进一步推进了控制技术向网络化、分散化和开放化发展。嵌入式以太网技术的关键是通过一个嵌入式网络服务器为传统的非标设备上网提供一个协议转换工具,并为用户管理这些设备提供软硬件支持。嵌入式以太网技术创新性地提出了低价微控制器(MCU)可作为服务器这一理念,使被监测的设备与以太网的无缝连接有了可行方案。目前嵌入式系统中除部分32位处理器以外,大量存在的是8位微控制器,这类处理器在各种智能设备中广泛应用,价格低廉,如果能够在它上面实现以太网接入技术,将会带来巨大的经济效益。
　　本文对嵌入式以太网远程监控系统进行了研究,构建了一个基于8位AVR单片机的嵌入式Web Server的监控系统。首先在分析国内外实现嵌入式以太网接入技术的几种方案的基础上,提出了Web Server远程监控系统的整体方案。构建了以ATmegal28作为服务器,以RTL8019AS作为网络控制器的嵌入式Web Server硬件平台,以Nut/OS开源实时操作系统和Nut/Net(精简的TCP/IP)为软件平台,以应用层HTTP协议和公共网关接口CGI技术为基础,利用Socket机制来实现嵌入式Web Server远程监控系统的功能。使用HTML语言编写远程监控系统的Web页面,用户通过页面就能监控现场设备的状态。其次融合无线传感器网络技术,提出了基于嵌入式Web Server的无线数据采集方案,即在嵌入式Web Server上增加基于nRF905的无线收发单元。ATmegal28通过无线方式采集数据,将数据传到网络上,供用户监控无线传感器网络中设备的状态。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的背景

1.2 嵌入式以太网技术

1.2.1 嵌入式技术及其发展概述

1.2.2 以太网技术的发展

1.2.3 嵌入式以太网技术及研究现状

1.3 嵌入式Web服务器概述

1.4 无线传感器网络概述

1.5 本文目的和组织结构

第2章 嵌入式Web Server硬件平台设计

2.1 方案论证及选择

2.2 硬件总体设计

2.3 系统主要芯片介绍

2.3.1 ATmega128微控制器

2.3.2 以太网控制器RTL8019AS及驱动实现

2.3.3 无线收发芯片nRF905

2.4 硬件设计注意事项

2.4.1 器件布局方面

2.4.2 布线方面

第3章 Nut/OS内核分析

3.1 系统初始化

3.2 线程管理

3.2.1 线程创建

3.2.2 线程状态

3.2.3 线程切换

3.3 线程调度

3.4 内存管理

3.5 I/O管理

第4章 嵌入式Web Server软件系统的设计与实现

4.1 TCP/IP协议及分析

4.1.1 TCP/IP协议

4.2.2 TCP/IP协议分析

4.3 HTTP协议

4.3.1 HTTP协议的特点

4.3.2 HTTP协议的原理

4.4 HTML概述

4.4.1 与HTML有关的术语

4.4.2 HTML表单

4.5 CGI技术

4.5.1 动态交互技术

4.5.2 CGI技术及其原理

4.5.3 CGI技术与HTTP的关系

4.6 Socket套接字

4.6.1 Socket概述

4.6.2 Socket通信机制

第5章 Web Server监控系统的测试

5.1 硬件测试

5.1.1 硬件各模块测试

5.1.2 硬件系统测试

5.2 软件测试

5.2.1 Ethemut移植步骤

5.2.2 监控系统功能的实现

结论

参考文献

致谢

研究生履历