摘要：探討了基于Linux的嵌入式Web Server系統在溫室設備監控系統中的應用。提出一種基于嵌入式和Web技術的溫室設備監控系統方案，使管理者可以通過Intemet利用Web瀏覽器完成對遠程設備的訪問、監控和維護等操作，無需安裝特定軟件，具有跨平臺性，有效解決利用有限資源實現設備的網絡接入問題。實際運行效果表明該系統具有良好的穩定性與實時性，具有實際應用和推廣價值。
關鍵詞：嵌入式Web；智能溫室；監控系統；CGI
智能溫室監控系統是近年來發展起來的節約型設施農業技術，通過計算機綜合控制，在充分利用自然資源的基礎上，調節溫度、濕度、光照強度等環境因素來獲得作物生長的最佳條件，從而達到提高作物產量、改善品質、增加經濟效益的目的。嵌入式系統與Intemet技術的結合是當今發展的趨勢，如何將嵌入式產品與Internet連接起來實現室內設備的統一監控與管理，通過Internet實現對設備行為的訪問與交互是目前研究的熱點。本文提出一種基于嵌入式Web技術的智能溫室監控系統設計方案，系統以嵌入式處理器作為上位機，通過構建嵌入式Web服務器，借助CGI(Common Gateway Interface)技術控制中心與嵌入式Web服務器端之間的動態數據交互，來滿足嵌入式設備直接與Internet聯網的要求，使管理者可以不受空間限制，通過Internet利用Web瀏覽器完成對設備的遠程訪問、監控和維護等操作。
1 系統總體設計
本設計基于ARM9開發平臺，構建嵌入式開發環境，裁剪移植Linux操作系統。系統采用嵌入式Web服務器對設備進行功能配置，利用溫度、濕度、光照強度傳感器采集數據，采用嵌入式數據庫對監測數據進行分析和存儲。系統通過控制程序協調溫室參數，并對控制參數進行監測，從而為溫室中的作物提供最佳的生長環境。
嵌入式網絡監控系統分客戶端主機和現場嵌入Web服務器智能監控設備兩部分，監控系統的結構如圖1所示。
客戶端主機通過瀏覽器與Web服務器交互式處理數據，從而實現對網絡智能設備的遠程監控。其中嵌入式Web服務器和監控端位于溫室現場，監控端完成對溫室環境參數(溫度、濕度、等數據)的采集，并將采集結果存入數據庫，通過CGI技術，管理人員通過網絡便可了解溫室內環境情況。系統采用Boa作為嵌入式Web服務器，負責監控、接收和分析用戶請求，傳送靜態頁面和調用后臺CGI(Common Gate Interface)程序。
2 系統硬件設計
為了保證系統的實用性和可擴展性，系統選用Samsung公司的S3C2440A作為CPU處理器，S3C2440A帶有豐富的外圍接口，是一款高性價比的ARM核SoC芯片，工作頻率最高可達400 MHz。系統硬件結構如圖2所示。
系統配置有內存大小為64 M的SDRAM和128 M的Nand Flash。外接320x240的LCD觸摸屏，實現本地用戶人機接口，進行設備管理，通過USB接口連接攝像頭，完成溫室環境的圖像采集；通過DM9000外擴以太網接口實現與無線局域網設備的連接和Interact的連接。另外，系統還擴展有RS485接口，可用于系統的擴展，通過布線連接相應的設備。
3 系統軟件設計
整個系統軟件結構如圖3所示，數據采集程序通過數據采集設備(傳感器、攝像頭等)按照用戶預先設定的參數周期性的下發查詢命令，將采集到的結果寫入SQLite數據庫，監控人員使用瀏覽器通過Web服務器(Boa)管理和維護系統。
網絡服務程序由嵌入式Web服務器和CGI腳本程序兩部分組成：服務器通過監聽80端口，監聽來自網絡的用戶請求，如有用戶請求，則啟動相應的CGI腳本程序，將請求信息轉化為服務器可以識別的數據格式，從SQLite數據庫中讀出所需的信息，再由CGI程序將信息轉化為Web瀏覽器能夠識別的格式，作為HTTP應答消息回送客戶端顯示。CGI腳本程序完成的功能主要包括：配置、查詢設備相關信息及查詢設備告警信息等。
3．1 嵌入式Linux操作系統
用于嵌入式系統中的操作系統很多，如Linux，Vxworks，Windows CE等。相比而言，Linux兼容POSIX1003．1標準，支持多線程、多任務系統且具有源碼公開、完全免費和廣泛的移植性等特點，使用更加靈活。同時具有強大而穩定的網絡功能和完善的開發工具，支持TCP／IP協議棧，可提供FTP、TELNET等服務，同時還可以通過應用程序向其他系統提供服務。因此，選擇Linux 2．6．32作為嵌入式操作系統。
3．2 交叉編譯Boa
本系統采用盡可能簡單的嵌入式Web服務器，即Boa，能夠實現HTTP1．1協議的基本內容，支持CGI，支持認證，是一個單任務的HTTP服務器，Boa體積小，只有幾十kB。交叉編譯工具使用的是arm-linux-gcc4．3．2。
1)下載Boa源碼包boa-0.94.13targz,解壓后，在boa-0．94．13＼src目錄下運行#／configure命令生成Makefile文件。
2)修改Makefile文件，其中：CROSS_COMPILE=／usr／local／arm／4．3．2／bin／arm-linux-。
3)運行#make命令，生成可執行程序boa，運行#／usr／loeal／arm／4．3. 2／bin／arm-linux-strip boa命令刪除調試信息。
3．3 嵌入式數據庫的移植
Sqlite數據庫對嵌入式來說是一個很好的數據庫引擎，可有力地減小應用程序管理數據的開銷。具體的移植過程：
1)在Sqlite的官網下載linux版本的Sqlite3．6．23，解壓sqiite-amalgamation-3．6．23．tar．gz并進入sqlite-3．6．23目錄。
2)mkdir build在sqlite3.6.23目錄內建立編譯文件夾并進入，Sqlite的編譯就在這個文件夾內進行。
3)．．／configure--host=srm-linux--prefix=／usr／local／sqlite3選定編譯器為arm-linux-gcc，并指定安裝目錄為／usr／local／sqlite3，這個路徑是可以根據自己的需要進行修改。
4)make &&make install安裝成后在sqfie3目錄下生成bin、include、lib三個文件夾，分別為可執行文件，頭文件與庫文件，由于采用動態編譯，所以生成的庫是動態庫，將它們復制到系統的相應文件夾下。此時，就可以在目標板上運行sqlite3。
3．4 CGI程序的設計
CGI定義Web服務器與用戶之間訪問與執行程序的標準接口，它使瀏覽器和Web服務器之間具有交互性。圖4表明了本系統中瀏覽器、Web服務器和CGI程序之間的關系。
當客戶通過瀏覽器訪問Web服務器時，瀏覽器與Web服務器建立TCP連接并發送HTTP請求，Web服務器收到HTTP請求后，分析請求內容，如果為靜態文檔請求，則直接返回該請求的結果，如果是CGI請求，則Web服務器把該請求通過環境變量、命令行參數或標準輸入的方式傳給指定的CGI程序，同時接管這個CGI程序的標準輸出，CGI程序進行相應的信息處理后，將處理結果以HTML形式的文件送到標準輸出，Web服務器在CGI程序輸出的內容上附加一些頭標信息和狀態行，然后把結果送回瀏覽器。
3．5 系統軟件流程圖
用戶通過HTML頁面監控遠程設備包含2個流程：1)客戶端到服務器的數據通信。客戶端將用戶的操作傳送給WEB服務器，服務器再調用相應的CGI應用程序控制底層設備，實現設備監控；2)服務器到客戶端的數據通信。即服務器把CGI程序對底層設備監控的結果反饋給客戶端，供用戶瀏覽。
一個CGI應用程序首先通過環境變量REQUEST-METHOD判斷客戶端發送的是哪一種數據請求。若是GET請求，則通過環境變量QUERY-STRING獲取數據。若是POST請求，則通過標準輸入(stdin)獲取客戶端傳送的數據。使用CET方法發送HTML表單數據時，表單數據將作為查詢字符串傳送給CGI應用程序，而用POST方法發送表單數據時，表單數據通過C語言標準輸入(stdin)直接傳給CGI應用程序。CGI應用程序完成了相關的運算和對底層設備的操作之后，還應該將相應的執行結果反饋給用戶。
CGI應用程序通過WEB服務器將結果傳送給客戶端瀏覽器，使用戶直觀的看到操作的執行結果。使用標準輸出(Printf)就可以實現數據發送，WEB服務器得到這些輸出信息，以HTML網頁的形式反饋給客戶端瀏覽器。具體的操作流程如圖5所示。
4 案例實現
目前Web技術中生成動態頁面的方法有CGI、PHP和服務器腳本(如JSP和ASP等)，但后兩者需要Web服務器具有這些腳本的運行支持模塊。在嵌入式Web服務器中，考慮到資源限制問題，一般都只提供CGl支持，因此在嵌入式設備中Web應用開發實際上就是基于CGI的程序開發。使用C語言編寫CGI程序，內嵌Html腳本，這樣當執行CGI程序時，即可完成對硬件的操作，又可將操作結果顯示在網頁。CGI程序用getchar()等函數獲得用戶提交的數據。用pantf()函數負責輸出。執行結果要以完整的Html文件格式輸出，比如一個CGI文件中的輸出語句如下：
打開Web瀏覽器，在地址欄輸入Web服務器IP地址，先是身份驗證網頁，驗證后，顯示的監控信息網頁如圖6所示。
5 結論
在嵌入式監控系統中，基于嵌入式Linux平臺，利用嵌入式Web服務器和嵌入式數據庫對遠程設備進行操作和管理是嵌入式監控系統的發展方向。本文在嵌入式Linux平臺下使用Boa作為Web服務器，應用CGI技術實現的動態WebServer通用性強，可以穩定、高效地在目標系統中運行，為網絡化遠程實時監控系統的實施提供了技術保障。其不僅可以運用于溫室信息監測，還可運用于其他環境監測，能滿足信息采集擴展性、分布性、實時性的要求。