基于nut-os的城市路灯远程控制系统的设计

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1、基于Nut/OS的城市路灯远程控制系统的设计【摘要】借助嵌入式web技术，通过B/S架构实现计算机远程控制路灯等设备已经变成现实。然而这样的实现往往需要将路灯的每一个控制节点作为一个web服务器，至少运行有简单的web服务功能。通常这样的系统不仅架构复杂，而且造价成本高。本文在此基础上提出一种基于Nut/OS的城市路灯远程控制系统，该系统将路灯控制节点和嵌入式web服务器进行分离。路灯控制节点只运行TCP/IP基本通信功能而没有web服务功能，嵌入式web服务器通过UDP通信来管理和控制各个路灯控制节点，远端计算机通过嵌入式web服务器管理路灯系统。该方案不仅实现远程管理和控制路灯，

2、同时降低了系统的复杂度和硬件成本。【关键词】嵌入式web；Nut/OS；B/S架构；路灯管理1.引言目前城市路灯远程控制系统流行C/S架构和B/S架构模式。C/S架构可靠，造价高，系统不方便维护。而B/S架构不需要监控计算机安装有特定的服务器软件和客户端软件，不需要专机专用，而且配置监控计算机位置不需要固定，只需要能与监控的路灯远端的web服务器网络相通，即可实现远程监控。因此B/S架构越来越流行。7然而，当前的B/S架构，往往都是监控区域里，一个路灯控制节点作为一个嵌入式web服务器处理，控制节点硬件不仅需要运行基本的网络通信协议TCP/IP，还要在此基础上运行web服务，以便远程

3、监控PC机访问嵌入式网页进行相应的监控。这样的设计架构方便每一个节点的编程和控制，但是推高了系统的硬件成本，同时整个系统的软件架构复杂。本文在现有架构基础上，将路灯控制节点的控制功能和嵌入式web服务功能进行分离，控制节点主要运行基本的TCP/IP通信协议和路灯控制和信号采样，从而实现简化控制节点的电路。嵌入式web服务器主要运行web服务功能，对远端的PC机提供相应的web服务。嵌入式web服务器的路灯管理和控制室数据，是通过UDP协议与控制节点进行数据交换，通过UDP对控制节点进行控制操作。该方案降低了硬件资源需求，从设计可靠上，采用内核小巧的Nut/OS作为操作系统。2.Nut

4、/OS介绍7Nut/OS是一款开源的优秀的嵌入式系统，适合在硬件资源不是很充裕的控制系统里应用。Nut/OS实时操作系统包括Nut/OS实时内核和Nut/Net协议栈，除了非常少量与硬件相关的源代码使用汇编语言编写外，剩下的都是使用C语言编写的，具有很高的可移植性。Nut/OS实时内核是一个相对独立的组件，可以单独分拆出来当作一个小型实时操作系统使用，也可以很容易地移植到其他MCU上。Nut/OS提供了I/O管理功能，不仅包含了大多数应用所需的I/O接口API函数，如文件管理系统、串行通信驱动、网络驱动、声卡和显示驱动等。更重要的是它和免费的TCP/IP协议栈，NUT/NET无缝集成

5、，NUT/NET除了支持ARP、IP、ICMP、UDP和TCP等协议外，还支持DHCP、PPP、DNS和HTTP用户协议，是8位MCU中支持协议最多的免费TCP/IP协议栈。3.远程控制系统的系统架构设计当前，很多的B/S路灯控制系统架构如图1（a）中所示，即控制节点是通过嵌入式web实现对路灯的监控，然后通过交换机连接到监控中心。该架构增加了控制节点的硬件成本。本文的架构体系在此基础上，进行改进，如图1（b）所示。改进的架构体系中如图1（b）所示，将嵌入式web服务器从原来的各个控制节点抽出来单独作为一个模块，与远程监控中心的计算机机进行交互。在硬件设计上，嵌入式web服务器资源相

6、对充裕些，它一方面与远程监控中心进行web服务交互，一方面它与路灯控制节点进行UDP通信，对路灯控制节点进行相关的操作和控制。由于控制节点只要运行基本的TCP/IP通信协议，不需要运行web服务功能，大大降低的控制节点对硬件的要求，可以用低成本的芯片组来实现。7同时，由于路灯的采样和控制的内容不多，采用低速的网络的芯片组足以满足系统性能的要求，而且可靠，降低了系统的软件、硬件复杂度。4.远程控制系统的硬件模块设计4.1嵌入式web服务器设计嵌入式web服务器的硬件设计CPU采用LM3S8962，该芯片是德州仪器（TI）公司提供基于ARMCortexTM-M3的控制器，它们为对成本尤其

7、敏感的嵌入式微控制器应用方案带来了高性能的32位运算能力。芯片内部集成了256kB的单周期flash，64kB单周期访问的SRAM，芯片的内存和flash足够运行Nut/OS系统。而芯片的价格和中端的8/16位芯片差不多。内部集成的资源也很丰富，包括10M/100M以太网控制器等。由于该芯片已经集成了以太网控制器MAC层和物流层PHY，所以不需要外接其他以太网控制器比如CS9000、RTL8019等。只需要芯片引脚TXOP/TXON、RXIP/RXIN引脚