外文翻译译文-基于Web服务器的AVR处理器的空气温度和相对湿度的远程监控系统的设计与开发

基于Web服务器的AVR处理器的空气温度和相对湿度的远程监控系统的设计与开发摘要：本文描述了以前开发的温度和相对湿度的测量和数据采集系统的改进设计。该系统的硬件以ArduinoUno和以太网屏蔽板为扩展。SHT11传感器用于获取空气温度和相对湿度的信息。在微型SD卡的CSV文件存储结果。主要软件的改进是添加可以通过互联网直接访问传感器读数的嵌入式Web服务器。所设计的系统在不同的条件下进行测试，系统所有的测试工作稳定、准确。关键词：数据采集，单片机，相对湿度，温度，传感器，Web服务器。1介绍天气和气候在人类生活中扮演着重要的角色。人的热舒适性主要由空气的温度，湿度，辐射，活动水平，空气流动和服装热阻影响1。室内空气质量是能源与环境研究以及消费者所关心的。冬天，人类要花百分之90的时间在室内，所以知道像地毯和家具可以提高室内环境质量是非常有用的。最近，许多业主已经为他们的家添加蒸汽屏障，保温，挡风雨条和防漏来有效留住所需的空气温度和减少室外空气渗透2。测定和分析了美国超过40个家庭在不同气候地区的室内的温度条件和水分3。环境参数监测在各种应用和工业生产中是非常重要的。世界各地的研究人员正在试图更精确的实时监控温度的环境参数，湿度和污染气体。例如，4提出了监测系统数据中心的温度，湿度和空气流量。各种设计和类似用途的数据记录器的应用可以在文献5-12中找到。在文献13中作者描述相对湿度、温度对图书馆的藏书的影响。他们提出的无线系统，可以实时远程测量和控制图书馆的相对湿度和温度。在温室内，相比室外，保持较高的室内温度，可以产生更好的成长条件。在文献14中提出了提供控制，协调，可视化的以计算机为基础的温室湿度和温度的系统。在文献15中，提出了在曝光室的实验结果确定在室外环境被动扩散采样器测量二氧化氮（NO2）的性能在不同环境的空气温度和相对湿度的影响。监测和控制温度和相对湿度在储存和运输医药产品也是非常重要的16。基于所描述的系统的应用，十分明显可靠的相对湿度和温度的数据采集和测量系统的发展是非常重要的，在工业和非工业广泛应用。市场上现有的不同的温度和相对湿度数据记录器的主要特点：小尺寸，低功耗，测量范围广，读数之间的采样时间可调，保持读数和显示最大最小读数的能力，在可移动磁盘存储结果，Windows软件（可选）等。一开始，监测系统有使用远程访问来测量数值的要求。在过去的十年中，最常见的远程访问方式变成单片机运行嵌入式Web服务器，用户通过互联网访问传感器的读数。更多的信息可以在文献17-24找到。一些如文献25的解决方案是比本文提出的系统拥有更高价格的商业产品。这项工作的主要目的是将基于Web服务器的PC嵌入到廉价而可靠的温度和相对湿度测量系统的单片机。系统介绍了重新设计之前报道的系统26。以前开发的系统的所有好的特征，对尺寸和功耗的优化都实现了。2嵌入式Web服务器首先，一般的Web服务器用来开发通用计算机。他们通常需要一个快速的处理器，大量的内存和其他资源。基于控制系统的单片机也有一个在这样的系统从Web浏览器远程访问除了限制的可用资源之外的设备的要求，带来特殊类型的Web服务器的发展，称为嵌入式Web服务器27。嵌入式Web服务器是一个包含一个互联网软件套件以及用于监视和控制系统的应用程序代码的单片机。嵌入式Web服务器是嵌入式网络的主要部分，为更快时间到达市场产品铺平了道路27。图1显示了典型的嵌入式Web服务器的结构27。图1嵌入式Web服务器的结构3设备结构该内置Web服务器的温度和相对湿度数据采集和测量的装置的结构如图2所示。图2系统方框图系统由三个板组成：控制板，ArduinoUno和Arduino以太网屏蔽板，测量装置为传感器SHT11。控制板的硬件已经建立在一个单片机（AVR单片机ATmega12828），通过一个显示器和键盘与用户联系。单片机由5V电压和16MHz外部石英晶体电源提供使用。控制板的其他部分是微型SD卡，实时时钟DS130729和液晶显示屏。数字液晶屏用于领域里显示结果和配置。带有备用电池的实时时钟DS1307用来测量时间。日期和时间值用于显示在显示屏上和在微型SD卡报告每个结果的附加信息。这些值伴随测量结果发送到网页。拥有两个导航键和确认键的键盘连接到控制板来通过配置和测量菜单系统确保操作简单。菜单系统是基于有限态机器，它可以通过两个导航键（上下）和两个确认键（OK和Esc键）的外接键盘进入。装置还具有一个ON/OFF键打开和关闭设备（切换操作）。传感器SHT1130是直接连接到单片机ATmega128。SHT11是Sensirion公司的温度和相对湿度贴片传感器系列。该传感器将传感器元件和信号处理整合提供一个数字输出。没有额外的校准是必要的。电容传感器元件测量相对湿度的同时带隙传感器用来测量温度。SHT11具有40和123.8C之间的温度和0和100%之间的相对湿度%RH的工作范围。相对湿度和温度的测量值被存储在2GB微型SD卡。FAT16文件系统是允许PC机的结果文件和离线处理的操作。使用微型SD卡作为数据存储系统的主要优势是易于直接传输数据到其他支持FAT格式作为文件系统的电子设备。装置还具有三个发光二极管作为平时的信号（绿色发光二极管）和临界条件（低、高报警两个红色发光二极管）。一个附有SHT11传感器控制板硬件原型的成果如图3所示。图3一个连接SHT11传感器控制板硬件原型的成果ArduinoUno是一种基于ATmega328单片机开发板。它有14个数字输入/输出引脚，6个模拟输入，一个USB连接，电源插座，一个16MHz的陶瓷谐振器和一个复位按钮31。Arduino以太网屏蔽允许一个Arduino板连接到互联网。它是基于Wiznet公司的W5100以太网芯片。Wiznet公司的W5100提供可用的TCP和UDP网络（IP）协议栈。它支持多达四个同步插座接口32。ArduinoUno（a）和以太网屏蔽板（b）如图4所示。图4ArduinoUno板（a）和以太网屏蔽板（b）PC浏览器的senseiver网页33数据记录器的视图如图5所示。显示了日期，时间，温度和相对湿度。默认的刷新时间值为5秒。按照计划，不管测量的采样时间，下一次网页刷新系统时间的修改都是可调的。图5浏览器的senseiver网页数据记录器的视图一个完整的系统硬件原型的成果如图6所示。图6使用嵌入式Web服务器的温度和相对湿度的监测装置的硬件成果系统还成功地测试通过手机进入如图7所示。图7使用手机测试系统手机浏览器的senseiver网页数据记录器的视图如图8所示。图8手机浏览器的senseiver网页数据记录器的视图本文描述的系统也可以在没有连接嵌入式Web服务器时作为独立的设备。在这两种情况下，设备可用于在两种数据采集模式：连续和手动。在连续模式下，该设备以自定义的采样时间从传感器收集的数据并将其存储在微型SD卡。在手动模式下，用户有一个选项来手动选择记录结果的那一刻。关于实施选项的更多细节可以在文献26找到，其提出了与商业的温度和相对湿度数据记录器的比较结果。作为重新设计的系统可靠性试验，进行了7个多小时的室内温度和相对湿度的监测。采样时间设置为2秒，储存了超过8600次的采样。生成报告的大小是319KB。生成的报告离线处理可以很容易地执行，温度和相对湿度的变化曲线如图9所示。图97个多小时的室内温度和相对湿度的变化曲线4结论本研究的主要任务是提供远程访问传感器读数作为先前开发的监测系统的升级。远程访问是通过放置在附加板上的AVR单片机中的Web服务器完成的，其通过串行接口与以