基于WebSocket技术的温湿度监控系统研究范鹏程陈钟荣摘要：研究了一种新的基于WebSocket技术的温湿度监控系统，介绍了系统的总体设计，包含数据采集和数据传输两大模块，系统采用了W5500网络芯片以及AM2302数字温湿度传感器，在HTTP协议的基础上进行了应用开发。结果表明，基于WebSocket技术的温湿度监控系统具有成本低、数据传输灵活实时等优点，并可广泛应用于需要温湿度监控的场所。关键词：W5500网络芯片；HTTP协议；温湿度监控；系统：P412.1：A：0439-8114（2016）06-1558-04DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.050温度和湿度是衡量环境的重要指标。在农业生产、工业控制、仓库存储等领域里，温湿度监控设备成为研究的重点，并正在走向大规模的实施阶段。传统的温湿度监测设备大多数采用有线方式，其优点是可靠稳定，而缺点是布线困难、可移动性差。针对这些问题与不足，本研究以高性能ARM芯片STM32为核心的温湿度监控系统，采用最新的WebSocket技术，实现了远程温湿度的实时监测。1系统总体结构温湿度监控系统主要由数据采集模块、主控制模块、以太网模块等模块组成。数据采集模块是传感器在主控制器的驱动下完成對温湿度数据的采集，主控制模块使用的是高性能Cortex-M3内核的STM32处理器，可以完成对数据采集模块的控制以及对采集数据的数据处理工作，处理完成的数据通过以太网模块W5500发送至客户端。2系统硬件设计2.1温湿度传感器模块温湿度数据采集使用AM2302湿敏电容数字温湿度模块，它是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器，应用温湿度传感技术和数字模块采集技术，具有极高的可靠性和长期的稳定性[1，2]，传感器引脚名称描述如表1所示。该传感器采用单线制串行接口，与单片机之间仅仅需要一个I/O口就能够采集到本地的温度和湿度，其与单片机的典型连接如图1所示。2.2以太网模块以太网模块使用WIZnet公司生产的W5500芯片，该芯片直接采用硬件协议栈实现网络连接，主要应用在性能高和成本低的嵌入式系统中，具有设计简单方便、应用快捷灵活等特点。W5500芯片内部集成全硬件TCP/IP协议栈、10/100M以太网介质传输层MAC和物理层PHY，支持TCP、ARP、IGMP等协议，同时W5500内部还集成有32Kb存储器用作TX/RX缓存以供以太网包处理，使用W5500芯片仅需要一些简单的Socket编程就能实现以太网的应用，这样可以为嵌入式的设计开发提供硬件参考。W5500芯片提供了SPI接口，容易与STM32处理器进行通信，而且W5500芯片使用了新的高效SPI协议，支持80MHz速率，能够更好地实现高速网络通信。如图2所示，本设计采用SPI接口将STM32处理器和以太网模块连接构成以太网接口电路[3，4]，其中RJ-45接口作为以太网通信接口是实现Internet接入的枢纽，网络传输状态指示灯指示网络的工作状态是否正常。3系统软件设计系统的硬件设计相对比较简单，软件设计是核心工作，软件设计工作主要包括HTTP协议处理流程和WebSocket处理函数流程。本设计中使用W5500芯片的2个Socket资源，一个用来创建HTTP服务器，在客户端浏览器中输入配置的IP地址就能远程访问硬件系统；另一个用来创建WebSocket服务器，与网页端建立通信来传输温湿度数据。软件设计的总体流程如图3所示。3.1HTTP协议及处理流程HTTP（超文本传输协议）是因特网中在Web服务器和客户浏览器之间传输数据使用的协议。首先，HTTP协议是TCP/IP模型中应用层一个面向对象的协议，在HTTP工作开始前，浏览器与服务器之间要建立TCP连接，然后浏览器向服务器发送请求信息，服务器接受到请求信息之后返回响应信息，浏览器接收到服务器的响应信息后，对数据进行处理执行。如图4所示，即HTTP协议传输数据的基本过程。在STM32处理器和W5500芯片搭建的硬件平台上，要实现HTTP服务器的通信过程，分为以下几个步骤：1）初始化服务器。完成Web服务器的初始化，W5500芯片作为Web服务器，首先分配Socket去监听HTTP请求。2）接受并解析客户端请求。当Socket连接建立完成后，W5500芯片接收来自客户端的HTTP请求并进行分析。3）回应响应消息。如果请求方法为GET，则先返回响应首部，再将客户端请求的URL目标文件从内存中读出，作为HTTP应答发送给客...