基于ZigBee的農(nóng)業(yè)灌溉流量監(jiān)測計價系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

1、畢業(yè)論文基于zigbee的農(nóng)業(yè)灌溉流量監(jiān)測計價系統(tǒng)設(shè)計摘 要系統(tǒng)以zigbee無線技術(shù)為核心，基于若干個無線傳感器節(jié)點和非接觸式ic讀寫器組成無線網(wǎng)絡(luò)灌溉計價系統(tǒng)，以cc2430芯片作為處理器,著重講解了zigbee模塊和水流量器等基本硬件組成及無線網(wǎng)絡(luò)的通信方式，另外還有非接觸式ic卡及對應(yīng)的讀寫器的理論知識和用法。中心節(jié)點和路由節(jié)點還有傳感器節(jié)點，他們之間的通信是靠zigbee無線網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的傳遞的，具備信息發(fā)送和接收功能的傳感器節(jié)點對流量數(shù)據(jù)進行采集，然后傳送給路由器節(jié)點以及中心節(jié)點，中心節(jié)點匯總并分析處理此信息，最后中心節(jié)點處理器對ic讀寫器發(fā)出讀寫命令。 關(guān)鍵詞： zigbee；流量

2、監(jiān)測；計價；ic卡；節(jié)點abstractas the very important section of this system, zigbee wireless net system for irrigation is based on some wireless sensor nodes and non-contacting ic reader-writer ,cc2430 slug act a cpu part of this system. what as the key entities are zigbee module body, water flowmeter and no-w

3、ire correspondence methods, also learning the knowledge of non-contacting ic fiche and read-write device is important. the communication of central node, route nodes and sensor nodes is upon this zigbee no-wire net. first, the sensor nodes gathers data and then send this informations to nodes of rou

4、ter and the central node. later the central node gather and analysis the data, and eventually the central processor send read-write instruction to the read-write device.key words: zigbee, flow monitoring, pricing, ic-card, nod前 言雖然我國的水資源總量在全球所有國家中的排名是第六位，但平均僅有2500立方米，相對來說較少，而且有較多的水旱災(zāi)害，水資源南北分布不均。在我國，

5、有80%的水是用在農(nóng)業(yè)中的，但是農(nóng)業(yè)用水的利用率相對很多國家70%-80%的利用率來說是很低的，僅有45%左右。因此，采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進行農(nóng)業(yè)智能化灌溉建設(shè)是非常有必要的，本文即是研究農(nóng)業(yè)智能化灌溉建設(shè)其中一重要環(huán)節(jié)，即農(nóng)業(yè)灌溉流量監(jiān)測計價系統(tǒng)。采用這種系統(tǒng)有諸多優(yōu)點，農(nóng)業(yè)灌溉流量監(jiān)測計價系統(tǒng)是由傳感器技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，非接觸式ic卡技術(shù)，自動化技術(shù)綜合在一起的灌溉計價系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計的目的是對用于農(nóng)業(yè)灌溉的水進行刷卡計費，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，減少勞動力的浪費，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，而且方便快捷。本設(shè)計的設(shè)計重點是zigbee無線模塊，利用這一無線網(wǎng)絡(luò)，位于農(nóng)田內(nèi)的多個水流量計將采集到的灌溉用水

6、流量信息傳輸?shù)街行奶幚砥?，處理器通過分析處理發(fā)出對ic讀寫器進行讀寫操作的指令，這樣便實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)灌溉流量監(jiān)測計價。zigbee技術(shù)在很多領(lǐng)域已經(jīng)廣泛使用，特別是工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。作為短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，zigbee網(wǎng)絡(luò)與已經(jīng)存在的無線網(wǎng)絡(luò)，例如wifi，藍(lán)牙等作對比，它有如下幾個特點：高穩(wěn)定性，低功耗，短延遲，自組網(wǎng)自修復(fù)能力強，電池壽命長，移動靈活等諸多優(yōu)點。因此，在農(nóng)業(yè)智能化建設(shè)中，zigbee發(fā)揮的作用日益重要。第1章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀與前景21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的的不斷發(fā)展前進，信息化社會已經(jīng)形成，傳感器技術(shù)獲取信息的首要和基本途徑，也取得了飛速的發(fā)展。而在

7、采集信息的方法上，傳感器采集數(shù)據(jù)信息由原來的單獨采集一步步發(fā)展到集成型和網(wǎng)絡(luò)型，通過結(jié)合無線通信和自動控制，這種集成化的網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)肯定將獲得普遍的應(yīng)用。第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)運用的是點對點的傳送方式，把早先的傳感器與控制器直接相接，這種傳感器網(wǎng)絡(luò)在上個世紀(jì)七十年代的時候產(chǎn)生。隨著時代的進步，通過與其他技術(shù)相結(jié)合的傳感器，逐漸形成一個能夠進行信息分析和信息運算的集成網(wǎng)絡(luò)，這既是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。在上個世紀(jì)末，現(xiàn)場總線技術(shù)就在傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中整個運用了，通過不斷的發(fā)展和與各種技術(shù)相互組合，特別是與無線技術(shù)的結(jié)合，大量多功能傳感器共同構(gòu)成了具有智能化的傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這中最新形成的技術(shù)便是新一代無線傳感

8、器網(wǎng)絡(luò)1。作為新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它擁有十分廣闊社會運用前景，它快速發(fā)展將會給整個人類社會帶來重大影響。這種新技術(shù)在發(fā)展較好的國家一直受到特別的關(guān)注，在波士頓大學(xué)，教師和學(xué)生共同創(chuàng)建了一個組織傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會，這一協(xié)會期待可以增進傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和應(yīng)用。作為未來的新興技術(shù)，技術(shù)評論將這一技術(shù)評作第一，因此可知，未來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必將迅速應(yīng)用并給全社會帶來重大變化。如今在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程中無線傳感器技術(shù)已經(jīng)有很多使用，通常是把許多的傳感器節(jié)點集合成一個網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督環(huán)境，如此一來，可以將各傳感器采集到的信息分析處理，從而輔助農(nóng)人迅速發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)操作中的各種難題，甚至自動處理這些難題，這樣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)操作便可以逐步

9、從以人力為核心的勞動方式轉(zhuǎn)到以信息和軟件為核心的自動方式，一步步形成智能化的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。這樣的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和運用有中有很多，除了本文將要設(shè)計的灌溉計價系統(tǒng)，另有大棚的監(jiān)控系統(tǒng)，田地的灌溉系統(tǒng)，動物的生理監(jiān)測系統(tǒng)以及農(nóng)田蟲害監(jiān)測系統(tǒng)等多種多樣的系統(tǒng)。除了農(nóng)業(yè)上的廣泛運用以外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在其他各領(lǐng)域也都有廣泛的運用，例如產(chǎn)品檢測、智能家居和空間探索等，基于本文是研究農(nóng)業(yè)灌溉計價系統(tǒng)，所以在其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用便不再詳細(xì)介紹。在可預(yù)見的未來，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的地方將越來越廣泛，并將給人類社會帶來顯著的效益2。1.2 zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.2.1 zigbee技術(shù)簡介在通信

10、技術(shù)的迅速發(fā)展過程中，作為通信技術(shù)之一，無線通信短距離通信技術(shù)越來越成為研究的焦點。隨著多種多樣網(wǎng)絡(luò)終端的產(chǎn)品的產(chǎn)生，在農(nóng)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域，為了便于生產(chǎn)發(fā)展，人們急需一中優(yōu)秀的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，并基于此標(biāo)準(zhǔn)進行互聯(lián)，這種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具有近距離，低消耗，低費用，自動成網(wǎng)和自動修復(fù)的本領(lǐng)強這些優(yōu)勢。為了滿足這種需求，zigbee技術(shù)出現(xiàn)了。蜜蜂（bee）在覺察到口食的時候會進行zigzag形跳舞，以此方式告訴其他蜜蜂，蜜蜂們運用這種方式實現(xiàn)口食方向，位置等信息的交換，完成了“無線”信息的傳遞。因此，人們便將這種近距離，低費用和低消耗的無信息傳遞技術(shù)形象的稱謂zigbee技術(shù)。這種短距離，低速度，低功率無線通信網(wǎng)

11、絡(luò)技術(shù)已取得廣泛和重要的應(yīng)用。例如，如果用戶間的距離比較近，當(dāng)數(shù)據(jù)通信需求小，并且需要實時傳輸，如果使用服務(wù)器，基站設(shè)備來進行這種通信，通信速度可以得到保證，但是會浪費設(shè)備利用率且增加通信的成本，顯然這種方式是不恰當(dāng)?shù)摹３诉@以外，有些地方是不方便更換電源的，這樣低功耗的通信技術(shù)就有著顯然的優(yōu)點。zigbee技術(shù)是無線個域網(wǎng)當(dāng)中一種低速度的通信技術(shù)，它有不少技術(shù)上的優(yōu)點：低成本，低復(fù)雜度，低功耗，等。它的發(fā)展?jié)摿σ彩鞘志薮蟮?，正變得越來越受到人們的重視。zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式系統(tǒng)，它具有無中心，靈活，重量輕，節(jié)點體積小等特征，具有相當(dāng)大的運用范圍，在此優(yōu)點之上，這種無線傳感器

12、網(wǎng)絡(luò)與zigbee相結(jié)合后，其在技術(shù)方面的優(yōu)點更加顯現(xiàn)。與現(xiàn)在各種各樣的無線通信技術(shù)做對比，zigbee成為了低費用，低消耗無線通信技術(shù)的首選。因此zigbee將在很多地方取得普遍運用。作為zigbee聯(lián)盟建議的一個簡潔好用的無線通信方法低消耗，低費用，高質(zhì)量，穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)是zigbee聯(lián)盟的最終目標(biāo)。1.2.2 zigbee技術(shù)優(yōu)點zigbee作為一種無線通信技術(shù)，具有以下多點優(yōu)勢：(1) 低功耗：zigbee設(shè)備節(jié)能很低因為zigbee傳輸速度快，傳輸功率僅為1mw，而且還采取了睡眠模式，功耗成為低。依據(jù)預(yù)算，zigbee裝置僅僅使用兩節(jié)5號電池用的壽命就能夠維持6個月甚至大概2

13、年,這是別的無線設(shè)備瞠乎其后。(2) 低費用： zigbee模塊最原先制造費用僅大約6美元，大概非常迅速就可以降為1.52.5美元, 而且zigbee訂定合同的專利費是無償方式。成本低依然是zigbee的一個重要的原因。(3) 短延時: 由靜止情形到工作情形延時特別短，移動儀器信息通道開通延時是15ms,靜止到工作情形延時是15ms。(4) 網(wǎng)絡(luò)空間大： 一像星星形狀布局的zigbee網(wǎng)絡(luò)體系至多能夠囊括254個從儀器和一個主儀器， 一個區(qū)域內(nèi)能夠一并擁有至少一百多個zigbee網(wǎng)絡(luò)體系, 并且網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)成非常多變。(5) 可靠: 使用了避免相撞的方式，一并給需求不動帶寬的通訊交易提前留了獨用

14、時間空晰,躲開了傳遞數(shù)據(jù)信息的矛盾和相互爭奪。mac層選用了十分肯定的數(shù)據(jù)信息傳遞方式。在傳遞過程當(dāng)中一旦出現(xiàn)問題能夠進行重新發(fā)送。(6) 安全：zigbee供應(yīng)周期其他額外的檢查（crc）基于檢測數(shù)據(jù)包的完整性，身份認(rèn)證和授權(quán)，aes-128加密算法的使用。除了這以外，zigbee作為無線通信形式，能夠在915 mhz、868mhz和2.4ghz這3個頻率區(qū)域上用,一次擁有無上20 kbit/s，40 kbit/s，250 kbit/s的傳遞速度，它的傳遞間隔對各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的間隔能夠由標(biāo)準(zhǔn)的75m，能夠繼續(xù)增加到擴充后的幾百米，甚至幾公里，依據(jù)使用方式和發(fā)射功率的大小決定，l臺zigbee

15、儀器能夠連結(jié)至少254個類似的儀器。此外，由于zigbee具有低電特性的優(yōu)勢和一批高消費環(huán)節(jié)，感應(yīng)式網(wǎng)絡(luò)（傳感器）的使用，有一個非常大的潛力，例如，保護檢測，水電煤氣計量數(shù)據(jù)記錄，操作溫度測量等，制造商不需要建立供電網(wǎng)絡(luò)或更換電池。1.2.3 zigbee發(fā)展前景zigbee技術(shù)也已經(jīng)在局部智能傳感器情景中發(fā)揮著其價值作用。譬如在很多地鐵建造中的位置確定體系即使用的是zigbee，傳統(tǒng)的rfid考勤體系由zigbee代替完成了方向判別精確、定位路線精確、沒有漏讀和能夠查詢，提升了隧道安全施工的管理標(biāo)準(zhǔn);基于zigbee網(wǎng)絡(luò)的定位功能，在一些高等檔次的老年住宅區(qū)域中，我們可以在老年社區(qū)或療養(yǎng)院內(nèi)

16、得到全區(qū)隨時定位及求助作用。每一個老年人都攜一個可移動報警器在身上，在碰到危險情況的時候，能夠快速及時的按下告急鈕。不僅僅能夠使在戶外活動時的老年人的救助情況及安全控制得到化解，而且，在使用的過程中方便簡單，可靠性高。由我國電信副總工程師講解，在2015年時候大概海內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)運用會在7500億元，每年的增長率為30%以上。智慧城市構(gòu)建將成為運營商首先使用物聯(lián)網(wǎng)的選擇。曾報道，在2013年投入的專項資金的投入預(yù)算與2012年相比有所增加，將要超過5億元。行業(yè)內(nèi)的人們估計在未來的10年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)將會大規(guī)模的在國內(nèi)普及開來，它的產(chǎn)業(yè)范圍將會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。 1.2.4 基于zigbee芯片的無線傳感

17、器網(wǎng)絡(luò)在zigbee基礎(chǔ)上形成的這種無線形式傳感器網(wǎng)絡(luò)，它按照adhoc形式來傳遞信息的，這樣可以互助地接收和分析整合所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息，觀測器和傳感器之間的通信是無線的方法，建立了觀測器和傳感器之間的通信路徑，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的作用是共同收集，分析，處理信息。多個傳感器組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，共同協(xié)作進行信息的加工是這一網(wǎng)絡(luò)的主要特點，這個組成網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點可以自動組網(wǎng)，且在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障或者是變化時可以進行網(wǎng)絡(luò)的自我修復(fù)。節(jié)點間以adhoc方式進行通信。這種網(wǎng)絡(luò)能與以太網(wǎng)，gsm 網(wǎng)絡(luò)，還有cdma網(wǎng)絡(luò)等連接，利用這些網(wǎng)絡(luò)完成遠(yuǎn)距離無線通信。這種網(wǎng)絡(luò)可以在需要通信的時候喚醒網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來完成數(shù)據(jù)通信，這種特點

18、能夠最大限度的降低能源的浪費3。zigbee用于通訊儀器的聯(lián)網(wǎng)構(gòu)造主流有三種，即，網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)，星型網(wǎng)絡(luò)，另外還有混合型網(wǎng)絡(luò)。此中，星形網(wǎng)絡(luò)是一種經(jīng)常使用而且使用在于較長時間運轉(zhuǎn)使用操縱的網(wǎng)絡(luò)；mesh網(wǎng)絡(luò)是一種可靠性比較高的檢測網(wǎng)絡(luò)，它通過無線網(wǎng)絡(luò)連接可以提供比較多個數(shù)據(jù)通信渠道方式，也就是說它是一個級別比較高的冗雜多余性的網(wǎng)絡(luò)體系，如果儀器數(shù)據(jù)信息傳遞出現(xiàn)問題，那么有另一個方法能夠提供數(shù)據(jù)傳遞，這一點類似starmesh的混合型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，具有上面介紹的兩種網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造的優(yōu)勢。如圖1.1即為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造。 圖1.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通常由幾個部分相互連接在一起形成的，他們是對等的通信形式，

19、每個節(jié)點是能夠與無線通信范圍內(nèi)的其他節(jié)點通信。作為一種穩(wěn)定性比較高的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，mesh網(wǎng)絡(luò)能夠進行自我的修補，其中一節(jié)點的損壞不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的正常通信。通過大量的ffd節(jié)點，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以無限延伸，網(wǎng)狀網(wǎng)和星形網(wǎng)可以通過擴展的混合網(wǎng)絡(luò)的形成。在混合網(wǎng)通信過程中，終端節(jié)點通過傳感器采集信息，采集的信息傳輸?shù)阶陨硭鶎僮泳W(wǎng)的中繼節(jié)點，進而傳輸?shù)街行墓?jié)點不?；旌暇W(wǎng)適用覆蓋范圍比較大的網(wǎng)絡(luò)。該設(shè)計采用的是混合型。如圖1.2。圖1.2 混合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第2章 系統(tǒng)總體架構(gòu)2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1.1 通信處理芯片cc2430zigbee無線通信處理單元使用的是cc2430單片機，這個單片機是chipc

20、on公司（現(xiàn)屬于ti公司）制造的，是由一只精良小巧且效率高的8051處理器和一性價比大的2.4ghz dsss的rf收發(fā)器構(gòu)成，利用它開發(fā)的無線通訊設(shè)備能夠完成多個點對多個點的迅速成網(wǎng)。cc2430選擇使用的拼裝度量是77mm 48-pin，使的要求標(biāo)準(zhǔn)是0.181m的cmos，且內(nèi)部含有閃存結(jié)構(gòu)。如此以來在一個硅晶片上，將體系的儲存儀器，射頻，模擬的電路，及基帶處理儀器這些元件一起裝。如圖2.1 圖2.1 cc2430芯片的里面布局框圖對于協(xié)議棧來說，還有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件運轉(zhuǎn)對處理器處理本領(lǐng)的一些規(guī)定，cc2430囊括有一個極小的控制儀器，是加強類型的工業(yè)化要求的8051，32mhz是其運轉(zhuǎn)時鐘

21、。因為更加快速執(zhí)行速度和除去多余總體方法，它能夠使運用要求8051命令信號集的cc2430加強類型8051處理儀器，而擁有要求的8倍的8051處理儀器的本領(lǐng)。cc2430包括一只8051 cpu。不動態(tài)的8kb ram存儲器，這里面的4kb是耗能極小的sram存儲器。128kb，64kb，32kb存儲空間的flash內(nèi)部閃存都是能夠進行寫入程序的無易失性的存儲單元。 cc2430整合用在體系的定時和時鐘功用是有4個振蕩器：一只16mhz rc振蕩器，一只32mhz晶體振蕩器，一只備選的晶振，其頻率為32.768khz cc2430同時整合了用戶可以自定義應(yīng)用的外接設(shè)備。一只aes協(xié)處理儀器被整

22、合成于cc2430內(nèi)部，用于維護ieee802.15.4 mac 安全和可靠運轉(zhuǎn)，可得到最少的對微控制器的占有。共有18個中斷源是由中斷控制器來提供中斷服務(wù)，這些中斷源中的每一個中斷源都被賦予了4個中斷優(yōu)先級其中的一個。其中21個普通i/o接口的按需分配和穩(wěn)定控制由i/o控制器來控制。cc2430共有用于定時的器件四只： 一只mac定時儀，是16位的，用來對ieee802.15.4 mac層供給定時幫助及對ieee802.15.4的csma-ca供給定時幫助。一只普通16位和兩只8位定時器，可支持通常的定時/計數(shù)功能。為了網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用操作的帶寬的更好處理，cc2430集合成了大量的對定時要求比較

23、苛刻的一連串ieee802.15.4 mac協(xié)定，用于減小微型控制器的責(zé)任。cc2430接收儀器的布局是低-中頻率的布局，收到無線信號經(jīng)處理后變?yōu)?mhz中頻率的信號。經(jīng)過放大、濾波和a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的中頻的信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字的信號。設(shè)置過濾儀模擬合成路線可以發(fā)揮作用，在2.4ghz ism頻段的區(qū)域不同的系統(tǒng)具有相對高的相容性4。在樣式處于發(fā)射樣式情況時，按照ieee 802.15.4的標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)位與調(diào)制的映射目的。按照數(shù)字的方法來實現(xiàn)調(diào)制。通過基帶信號的d / a轉(zhuǎn)換器調(diào)制，然后通過單邊帶調(diào)制器的低通濾波器和直接轉(zhuǎn)換為射頻信號。最后，高頻信號放大，通過功率放大器實現(xiàn)設(shè)計水平。輸入和輸出接口是

24、獨立的，他們有兩種常見的引腳。在芯片電路結(jié)構(gòu)的天線是由一個平衡/非平衡和少量的電容和電感，平衡的天線，如折疊偶極子天線也能實現(xiàn)其功能。頻率合成器是整合在板子上的，能夠除去外部振蕩器和濾波器。集成在晶片內(nèi)的電容壓控振蕩器運行在本地的振蕩頻率范圍內(nèi)，而且還配有二分頻的電路結(jié)構(gòu)，目的是使振蕩信號維持上，下變頻整體混頻器運行。在cc2420芯片的基礎(chǔ)上設(shè)計的cc2430芯片，集合成了zigbee 射頻端、內(nèi)部存儲器和微小控制處理器是在一個處理芯片內(nèi)。它使用1個8位單片機（8051），128 kb能夠進行寫程序的flash加8 kb的ram，另外包括有a/d轉(zhuǎn)換器、若干定時器、看門狗定時器、上電復(fù)位電路

25、、斷電自檢電路、32 khz晶體振蕩器，另外還有21只可編程的輸入輸出引腳。p0、p1 引腳是八位，p2 引腳具有五位可使用。軟件在訂制的sfr 寄存儀器的字節(jié)和位狀況下，這幾個引腳可以當(dāng)作通常的輸入輸出口或者當(dāng)作接到adc、定時計數(shù)器或usart 模塊的外部設(shè)備輸入輸出接口。2.1.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)基于cc2430的zigbee技術(shù)的片內(nèi)資源豐富，功能強大，無論是位于處理器位置的中心節(jié)點還是位于農(nóng)田內(nèi)的傳感器節(jié)點，他們硬件的組成都很簡單，方便。如圖2.2。 圖2.2 傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖二中心節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)中心節(jié)點由cc2430和ic讀寫器構(gòu)成，cc2430數(shù)據(jù)處理和控制讀寫

26、器對ic卡的讀寫。如圖2.3。 圖2.3 中心節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖三外圍模塊硬件結(jié)構(gòu)外部的模塊主要有電源構(gòu)成，負(fù)責(zé)對整個體系的供電。如圖2.4是外部模塊結(jié)構(gòu)框架圖。圖2.4 外部模塊結(jié)構(gòu)框圖本章介紹了系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，基于模塊化的思想，系統(tǒng)硬件設(shè)計的各個模塊關(guān)系，展示了各自的硬件原理圖，并說明了各部分的作用及硬件模塊工作原理。著重對數(shù)據(jù)采集模塊的硬件電路、中心節(jié)點電路和外圍電源模塊電路進行了設(shè)計5。2.2 方案和模塊設(shè)計2.2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計首先在灌溉區(qū)域用cc2430架設(shè)出無線mesh網(wǎng)，每一個cc2430連接一個流量傳感器，以便傳感器節(jié)點將采集到的流量信息通過mesh傳送到中心節(jié)點，從而實現(xiàn)

27、以流量為基準(zhǔn)的刷卡計費。本系統(tǒng)是一個自動化的刷卡計費系統(tǒng)，采用刷卡計費的方式實現(xiàn)對農(nóng)田灌溉方便快捷的管理，這個系統(tǒng)具備很好的實用性能和便捷性能，在農(nóng)業(yè)智能化中擁有廣泛的應(yīng)用前景6。系統(tǒng)功能：數(shù)據(jù)采集：通過zigbee傳感器體系得到田地灌溉用水流量信息。數(shù)據(jù)通信：把傳感器節(jié)點測到的數(shù)據(jù)經(jīng)過多跳傳遞經(jīng)zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中心節(jié)。數(shù)據(jù)處理：中心節(jié)點處理器收集傳來的數(shù)據(jù)并進行分析處理。刷卡計費：非接觸型ic卡讀寫器與中心節(jié)點處理器連接，根據(jù)用水流量對ic卡進行刷卡計費。2.2.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計基于zigbee的農(nóng)業(yè)灌溉流量監(jiān)測計價系統(tǒng)包含田地信息收集模塊，數(shù)據(jù)通信模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和刷卡計費模

28、塊等組成。該系統(tǒng)通過置于田間的流量傳感器實現(xiàn)農(nóng)田信息的采集工作，信息傳輸模塊將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行墓?jié)點，由中心節(jié)點處理器處理信息并控制讀寫器對ic刷卡計費，全過程為自動處理，用戶只需刷ic卡即可實現(xiàn)灌溉取水7。1.數(shù)據(jù)信息接受模塊是由cc2430處理儀器和位于田間的流量傳感儀器組成，這個模塊的作用是實時接收灌溉區(qū)域各個流量傳感儀器所測信息，并且是經(jīng)過zigbee無線網(wǎng)傳遞到中央節(jié)點的處理單元。cc2430模塊設(shè)計原理圖如圖2.5。 圖2.5 cc2430模塊設(shè)計原理圖2.數(shù)據(jù)通信模塊由分布在農(nóng)田區(qū)域內(nèi)的各個水流量傳感器構(gòu)成，每一個流量傳感器都與一個低成本的zigbee終端節(jié)點相連接，用于采集

29、各個水管的流量信息，農(nóng)田內(nèi)能夠根據(jù)距離的不同來構(gòu)建zigbee路由節(jié)點，一起構(gòu)成zigbee無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，各個終端節(jié)點把收集到的流量數(shù)據(jù)信息上傳到zigbce中心節(jié)點，這一網(wǎng)絡(luò)的包括廣度可以很大的擴充，并且不需要進行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、很少需要維修，這一網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同的建網(wǎng)要求進行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同設(shè)計8 ，如圖2.6。圖2.6 zigbee通信模塊原理圖3.數(shù)據(jù)處理模塊由組成cc2430的各個8051單片機來完成，中心節(jié)點通過對數(shù)據(jù)的整合分析，最終控制ic卡讀寫器。4.刷卡計費模塊由ic讀寫器根據(jù)中心節(jié)點處理器的指令實現(xiàn)對非接觸式ic卡的刷卡計費。三系統(tǒng)設(shè)計特點系統(tǒng)特點9：(1)這一計價系統(tǒng)的每一個模

30、塊都有集成度和可靠性高，并且功耗和成本都低，此外體積小也是其一大優(yōu)點，這樣可以很方便的對其進行維護，出現(xiàn)問題時更換相應(yīng)節(jié)點即可解決問題，這樣可以很大程度的降低購買設(shè)備的成本，以及安裝和維護設(shè)備的成本。(2)該系統(tǒng)具有較強的自我組織，自我修復(fù)能力，系統(tǒng)自我組織能力：不用人為干涉，某一節(jié)點可以自動識別位于同一系統(tǒng)的其他節(jié)點并進行連接，形成一個整體的網(wǎng)絡(luò)；系統(tǒng)自我修復(fù)能力：加入或者去掉其中某一節(jié)點，或者某一節(jié)點的位置發(fā)生變動，網(wǎng)絡(luò)能夠自動進行自我修復(fù)，而且自動對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行對應(yīng)的改變，不用人為對其干涉，使整個系統(tǒng)繼續(xù)正常運行。(3)實時采集與刷卡計費相結(jié)合，升高了治理的標(biāo)準(zhǔn)。便于用戶方便快捷的對農(nóng)田

31、進行灌溉。第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與測試3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計該系統(tǒng)使用c語言來進行軟件的設(shè)計。這有諸多優(yōu)點：具有較高效率的程序代碼，能夠方便快捷的對系統(tǒng)進行升級維護，其代碼能夠方便的跨平臺移植 10。在節(jié)點組成的zigbee無線網(wǎng)絡(luò)中，每一個組成節(jié)點都具有固定的一個網(wǎng)絡(luò)地址。采集到的信息由終端節(jié)點傳遞到中心節(jié)點。中心節(jié)點作為系統(tǒng)的主節(jié)點，從節(jié)點是位于農(nóng)田中的傳感器節(jié)點，在傳遞數(shù)據(jù)時，傳感器節(jié)點先向中心節(jié)點發(fā)送請求，待中心節(jié)點應(yīng)答后即可進行數(shù)據(jù)信息的傳遞11。在zigbee無線傳感儀器體系中。傳達(dá)的內(nèi)容大多是短信息內(nèi)容。節(jié)點所傳送的信息形式包含幀頭、目標(biāo)位置、數(shù)據(jù)信息多少、數(shù)據(jù)信息內(nèi)容及校正檢驗位。

32、作為目的地址的是路由節(jié)點或者是中心節(jié)點的地址。數(shù)據(jù)傳遞應(yīng)用簡單的異或校驗，如果信息檢驗發(fā)生錯誤，會將該信息丟掉，并不進行信息糾錯。中心節(jié)點能夠要求傳感器節(jié)點重新發(fā)送該信息。1.傳感器節(jié)點的水流量傳感器sht11與cc2430之間使用iic總線串口通信形式，cc2430的程序編寫如下：初始化iic總線，初始化sht11，等待接受數(shù)據(jù)，接受數(shù)據(jù)并暫存，數(shù)據(jù)接受完后發(fā)送數(shù)據(jù)到中心節(jié)點。如圖3.1。圖3.1 通信程序流程圖2.中心節(jié)點是無線網(wǎng)絡(luò)的中心部分，主要用于結(jié)點間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的建立。同時還要向讀寫器發(fā)送讀寫命令。中心節(jié)點在加電進行初始化以后，第一步要進行網(wǎng)絡(luò)建立。然后對網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)聽，在接到進網(wǎng)要求以

33、后，對傳感器節(jié)點進行入網(wǎng)信息確認(rèn)，從而建立起網(wǎng)絡(luò)的連接。此外中心節(jié)點對入網(wǎng)的傳感器節(jié)點物理地址與已經(jīng)儲存的節(jié)點物理地址做比較，檢驗有沒有未接入網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點。中心節(jié)點處理器接收到傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后發(fā)送指令到讀寫器，實現(xiàn)對ic卡的刷卡計費。中心節(jié)點程序流程圖如圖3.2。圖3.2 中心節(jié)點程序流程圖3.2 系統(tǒng)測試前面章節(jié)的設(shè)計詳細(xì)地講述了系統(tǒng)的總體方案、軟硬件的具體設(shè)計。但為了使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計要求，應(yīng)該進行驗證系統(tǒng)的操作11。在硬件上該體系的測試采用cslrf-3無線zigbee平臺，此平臺帶有相應(yīng)的示例演示系統(tǒng)，重點說明了cc2430在實際工作中的運用。該系統(tǒng)的軟件平臺主要由iar

34、 embedded wordbench，zigbee協(xié)議棧和其它若干仿真軟件構(gòu)成。體系運行測試的結(jié)果為顯示是由安裝在windows操作系統(tǒng)下的串口調(diào)試助手scomassistantv2.1軟件。測試zigbee網(wǎng)絡(luò)的加入和斷開問題是網(wǎng)絡(luò)實驗測試的目的。中心節(jié)點在設(shè)備初始化以后即自動的建立網(wǎng)絡(luò)、并進行檢測，同意流量傳感器節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)按下控制按鈕“sw2以后，傳感器節(jié)點即斷開網(wǎng)絡(luò)連接，在軟件窗口中會出現(xiàn)“unhanded primitive”的提示。使用鍵盤進行終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的斷開，應(yīng)使用鍵盤掃描函數(shù)。原程序如下：unsignedcharkeyscan(void)unsignedcharkey=0；if(!keyl)while(!keyl)；key=l；if(!key2)while(!key2)；key=2；return key；網(wǎng)絡(luò)加入連接的測試實驗顯示如圖3.3。 圖3.3 網(wǎng)絡(luò)連接測試實驗上面的檢測實驗可以看出，體系只是實現(xiàn)了zigbee網(wǎng)絡(luò)的通信和對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的接收功能的檢測，但是體系功能總體上可以達(dá)到設(shè)計要求。系統(tǒng)不足之處在于由于本設(shè)計軟硬件均需個人來設(shè)計，任務(wù)量較大，導(dǎo)致系統(tǒng)中用到的很多軟、硬件功能模塊的設(shè)計都不能非常完美，所以最終的測試處于小范圍和有限的功能模塊的測試，僅是完成了對系統(tǒng)基