基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)演示系統(tǒng)

1、*實(shí)踐教學(xué)*蘭州理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2014年春季學(xué)期題 目 :基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)演示系統(tǒng) 專業(yè)班級 :姓 名 :學(xué) 號 :指導(dǎo)教師 :成 績 :目錄摘要 . 3前言 . 4一 概述 . 5 1.1 TDR一 3A 型土壤溫濕度傳感器介紹 . 5 1.2 CC2530介紹 . 6 1.3 物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)圖 . . 9二、傳感層 . 9 2.1傳感層設(shè)計(jì) . . 9 2.2傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) . . 10 2.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) . . 11 三、傳輸層 . 12 3.1傳輸層系統(tǒng)設(shè)計(jì) . . 12 3.2目標(biāo)設(shè)計(jì) . . 12 四、應(yīng)用層 . 13 4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) . . 13 4.2傳感節(jié)

2、點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì) . . 13 4.3網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì) . . 14五、硬件模塊設(shè)計(jì) . . 16六、編碼 . 17 總結(jié) . 19 致謝 . 20 參考文獻(xiàn) . 21摘要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中 , 溫度、濕度、光照強(qiáng)度、 C02濃度、水分以及其他養(yǎng)分等多種自然因 素共同影響農(nóng)作物的生長 , 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的管理方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到精細(xì)化管理的標(biāo)準(zhǔn) , 只能算是粗 放式管理 , 在這種管理方式下 , 通過人的感知能力管理上述環(huán)境參數(shù) , 無法達(dá)到準(zhǔn)確性要求 , 要 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的智能化管理 , 建立一個實(shí)用、可靠、可長期監(jiān)測的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是非常 必要的。 本次課程設(shè)計(jì)介紹了一種基于 CC2530和數(shù)字溫濕

3、度傳感器的溫濕度采集系統(tǒng)。 該 系統(tǒng)采用 Zigbee 無線通信技術(shù)結(jié)合傳感器,通過運(yùn)用 Zigbee 協(xié)議架構(gòu)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò) , 實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸 , 以及一點(diǎn)對多點(diǎn),兩點(diǎn)之間的通信。并詳細(xì)闡述了基于 Zigbee 協(xié)議棧的中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的協(xié)議傳輸。關(guān)鍵字 : 溫濕度數(shù)據(jù)采集 ; CC2530; Zigbee 協(xié)議棧 ; 無線傳感網(wǎng)絡(luò)前言物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。物 聯(lián)網(wǎng)以感知為前提, 實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。在物體上植入各種微型 芯片, 用這些傳感器獲取物理世界的各種信息,再通過局部的無線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、 移動

4、通信 網(wǎng)等各種通信網(wǎng)路交互傳遞, 從而實(shí)現(xiàn)對世界的感知。 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用將會使農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)方式產(chǎn)生重大變革,會急速促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題上面臨的種種問題。一 概述農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢,中國作為一個農(nóng)業(yè)大國,對于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的需求更為 迫切, 怎樣合理經(jīng)濟(jì)地以少投入獲得多回報(bào), 這不僅是可持續(xù)發(fā)展的要求, 更是社會進(jìn)步的 體現(xiàn)。 農(nóng)田的環(huán)境監(jiān)測是支撐精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵,實(shí)時、方便、有效地采集農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù) 是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)多采用有線組網(wǎng)的方式或者直接采用人工實(shí)地檢測獲得環(huán)境數(shù) 據(jù),這兩者都具有局限性。有線組網(wǎng)方式缺乏靈潘陛,受地理環(huán)境的限制, 線路資源損耗較 大,

5、難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測;人工實(shí)地檢測更耗費(fèi)人力、物力,且獲取的數(shù)據(jù)量有限,此外受 主觀因素限制, 測量結(jié)果難免出現(xiàn)誤差。 新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為農(nóng)田信息獲取提供了一個嶄新 的思路。 本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng), 研究人員在總控制室就能對農(nóng) 田進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控,根據(jù)空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度和土壤 pH 值等農(nóng)情信息做出 正確決策,滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)自動化、經(jīng)濟(jì)化、準(zhǔn)確化的要求。隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展,以及國家對三農(nóng)的的高度重視,特別是國家 2012農(nóng)業(yè)國家一號 文件頒發(fā)后。國家科技園、各大農(nóng)業(yè)園區(qū)、農(nóng)場等農(nóng)業(yè)機(jī)構(gòu)企業(yè)積極尋求在良種培育、 節(jié)本 降耗、節(jié)水灌溉、農(nóng)機(jī)裝備、新型肥藥、疫病防控、

6、加工貯運(yùn)、循環(huán)農(nóng)業(yè)、海洋農(nóng)業(yè)、農(nóng)村 民生等方面的高新技術(shù),力求突破現(xiàn)存的農(nóng)業(yè)技術(shù)瓶頸,真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)。 由于條件所限,本次課設(shè)只對數(shù)據(jù)采集做詳細(xì)介紹,本次課設(shè)將使用 CC2530讀取溫 濕度傳感器 TDR 一 3A 的溫度和濕度數(shù)據(jù), 并通過 CC2530內(nèi)部的 ADC 得到光照傳感器 的數(shù)據(jù)。 最后將采樣到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后在 LCD 上顯示。 其中對溫濕度的讀取是利用 CC2530的 I/O(P1.0和 P1.1模擬一個類 IIC 的過程。對光照的采集使用內(nèi)部的 AIN0通道。 1.1 TDR一 3A 型土壤溫濕度傳感器介紹TDR-3A 型土壤水分溫度(一體傳感器是將溫度和濕度集于一

7、體,具有密封,防水, 精度高等特點(diǎn),是測量土壤溫度和濕度的理想儀器。性能指標(biāo)濕度:測量參數(shù):土壤容積含水量單 位:%(m3/m3量 程:0100%(m3/m3精 度:050%(m3/m3范圍內(nèi)為±2%(m3/m3測量區(qū)域:90%的影響在圍繞中央探針的直徑 3cm 、長為 6cm 的圓柱體內(nèi)穩(wěn)定時間:通電后約 1秒響應(yīng)時間:響應(yīng)在 1秒內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程工作電壓:12V 24V DC工作電流:5070mA ,典型值 50 mA輸出信號:420mA 標(biāo)準(zhǔn)電流環(huán)密封材料:ABS 工程塑料+環(huán)氧樹脂探針材料:不銹鋼電纜長度:標(biāo)準(zhǔn)長度 5m遙測距離:小于 1000米溫度:量 程:-4080精 度:

8、±0.2信號輸出:標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻(四線制連接1.2 CC2530介紹CC2530F256 結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元 ZigBee 協(xié)議棧 (Z-Stack , 提供 了一個強(qiáng)大和完整的 ZigBee 解決方案。 CC2530F64 結(jié)合了德州儀器的黃金單元 RemoTI , 更好地提供了一個強(qiáng)大和完整的 ZigBee RF4CE 遠(yuǎn)程控制解決方案。CC2530包括了 1個高性能的 2.4 GHz DSSS (直接序列擴(kuò)頻射頻收發(fā)器核心和 1個 8051控制器,它具有 32/64/128 kB可選擇的編程閃存和 8 kB的 RAM ,還包括 ADC 、定時 器、睡眠模式定時器、上

9、電復(fù)位電路、掉電檢測電路和 21個可編程 I/O引腳,這樣很容易 實(shí)現(xiàn)通信模塊的小型化。 CC2530是一款功耗相當(dāng)?shù)偷膯纹瑱C(jī), 功耗模式 3下電流消耗僅 0.2A ,在 32 k晶體時鐘下運(yùn)行,電流消耗小于 1A 。CC2530芯片使用直接正交上變頻發(fā)送數(shù)據(jù)?；鶐盘柕耐喾至亢驼环至坑?DAC 轉(zhuǎn)換成模擬信號,經(jīng)過低通濾波,變頻到所設(shè)定的信道上。當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時,先將要發(fā)送 的數(shù)據(jù)寫入 128B 的發(fā)送緩存中,包頭是通過硬件產(chǎn)生的。最后經(jīng)過低通濾波器和上變頻的 混頻后,將射頻信號被調(diào)制到 2.4GHz ,后經(jīng)天線發(fā)送出去。 CC2530有兩個端口分別為 TX/RX, RF 端口不需要外部

10、的收發(fā)開關(guān),芯片內(nèi)部已集成了收發(fā)開關(guān)。CC2530的存儲器 ST-M25PE16是 4線的 SPI 通信模式的 FLASH ,可以整塊擦除,最 大可以存儲 2M 個字節(jié)。工作電壓為 2.7v 到 3.6v 。CC2530溫度傳感器模塊反向 F 型天線采用 TI 公司公布的 2.4GHz 倒 F 型天線設(shè)計(jì)。 天 線的最大增益為+3.3dB ,天線面積為 25.7×7.5mm 。該天線完全能夠滿足 CC2530工作頻 段的要求(CC2530工作頻段為 2.400GHz 2.480GHz 。 圖 1.CC2530芯片引腳CC2530芯片引腳功能A VDD1 28 電源(模擬 2-V 3.

11、6-V 模擬電源連接A VDD2 27 電源(模擬 2-V 3.6-V 模擬電源連接A VDD3 24 電源(模擬 2-V 3.6-V 模擬電源連接A VDD4 29 電源(模擬 2-V 3.6-V 模擬電源連接A VDD5 21 電源(模擬 2-V 3.6-V 模擬電源連接A VDD6 31 電源(模擬 2-V 3.6-V 模擬電源連接DCOUPL 40 電源(數(shù)字 1.8V 數(shù)字電源去耦。不使用外部電路供應(yīng)。 DVDD1 39 電源(數(shù)字 2-V 3.6-V 數(shù)字電源連接DVDD2 10 電源(數(shù)字 2-V 3.6-V 數(shù)字電源連接GND - 接地 接地襯墊必須連接到一個堅(jiān)固的接地面。GN

12、D 1, 2, 3, 4 未使用的連接到 GNDP0_0 19 數(shù)字 I/O 端口 0.0P0_1 18 數(shù)字 I/O 端口 0.1P0_2 17 數(shù)字 I/O 端口 0.2P0_3 16 數(shù)字 I/O 端口 0.3P0_4 15 數(shù)字 I/O 端口 0.4P0_5 14 數(shù)字 I/O 端口 0.5P0_6 13 數(shù)字 I/O 端口 0.6P0_7 12 數(shù)字 I/O 端口 0.7P1_0 11 數(shù)字 I/O 端口 1.0-20-mA 驅(qū)動能力P1_1 9 數(shù)字 I/O 端口 1.1-20-mA 驅(qū)動能力P1_2 8 數(shù)字 I/O 端口 1.2P1_3 7 數(shù)字 I/O 端口 1.3P1_4

13、6 數(shù)字 I/O 端口 1.4P1_5 5 數(shù)字 I/O 端口 1.5P1_6 38 數(shù)字 I/O 端口 1.6P1_7 37 數(shù)字 I/O 端口 1.7P2_0 36 數(shù)字 I/O 端口 2.0P2_1 35 數(shù)字 I/O 端口 2.1P2_2 34 數(shù)字 I/O 端口 2.2P2_3 33 數(shù)字 I/O 模擬端口 2.3/32.768 kHz XOSCP2_4 32 數(shù)字 I/O 模擬端口 2.4/32.768 kHz XOSCRBIAS 30 模擬 I/O 參考電流的外部精密偏置電阻RESET_N 20 數(shù)字輸入 復(fù)位,活動到低電平RF_N 26 RF I/O RX 期間負(fù) RF 輸入信

14、號到 LNARF_P 25 RF I/O RX 期間正 RF 輸入信號到 LNAXOSC_Q1 22 模擬 I/O 32-MHz 晶振引腳 1或外部時鐘輸入XOSC_Q2 23 模擬 I/O 32-MHz 晶振引腳 21.3 物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)圖 圖 2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)整體架構(gòu)圖二、傳感層2.1傳感層設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)是組成基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精 準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的基本單位, 包括傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。 傳感節(jié)點(diǎn)是監(jiān)測系統(tǒng)傳感層的基本組成單元, 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)則是網(wǎng)絡(luò)層的硬件基礎(chǔ), 它們的硬件設(shè)計(jì)對整個系統(tǒng)的功能、 性能 都至關(guān)重要。本文分別對傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行

15、了硬件設(shè)計(jì)。2.2傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)傳感節(jié)點(diǎn)通過傳感器部分采集農(nóng)情信息,經(jīng)由處理單元進(jìn)行簡單轉(zhuǎn)換、處理,由無線 收發(fā)模塊傳給上級節(jié)點(diǎn)。 結(jié)合其功能特點(diǎn). 傳感節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框如圖 2示。 傳感節(jié)點(diǎn)的微處理 器單元和無線傳輸單元采用 CHIPCON 公司的 CC2530芯片,它是一款基于 ZigBee 協(xié)議, 集成了 80C51內(nèi)核處理器的芯片和 zigBee 無線收發(fā)模塊,是一種比較成熟的無線傳感器節(jié) 點(diǎn)解決方案。圖 3 傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖本系統(tǒng)中濕度、溫度測量采用 TDR 一 3A 型土壤溫濕度傳感器,該傳感器集溫度和濕 度測量于一體,具有密封、防水、精度高的特征,是測量土壤溫濕度的理想儀器。光強(qiáng)測

16、量 采用推出的第二代光強(qiáng)數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片 TSL2561,它可直接通過 12C 總線協(xié)議由微控制器訪 問,微控制器則通過對其內(nèi)部的 16個寄存器的讀寫來實(shí)現(xiàn)對 TSL2561的控制。光纖 pH 值 傳感器用于測量土壤 pH 值,基于 pH 值的變化將導(dǎo)致光纖傳感探頭中光頻譜特性變化這一 原理, 經(jīng)放大電路秭 A /D 轉(zhuǎn)換器能得到數(shù)字輸出, 然而這種方法的缺點(diǎn)是在土壤干燥時誤 差較大。 此外,外部時鐘電路用于控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行頻率;串行通信接口作為程序調(diào)試和下載接口; 復(fù)位電路用來恢復(fù)系統(tǒng)死機(jī)或程序跑飛等意外情況; 電源模塊負(fù)責(zé)整個節(jié)點(diǎn)的能量 供應(yīng)。2.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)兼具匯聚節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)的

17、功能,一方面收集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的農(nóng)情信息, 另一方面將這些信息經(jīng)過初步的處理,通過無線收發(fā)模塊 (如 GPRS 模塊、 3G 模塊等 以及 3G 網(wǎng)和 GPRS 網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換,通過互聯(lián)網(wǎng),網(wǎng)關(guān)可以發(fā)送農(nóng)情信息到遠(yuǎn)程監(jiān) 測中心并且接收遠(yuǎn)程監(jiān)測中心發(fā)來的命令。具體結(jié)構(gòu)框如圖 4所示。 圖 4 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖因網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理工作任務(wù)繁重,對資源需求較高,而且要求成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支 持,故采用三星公司的 ARM9處理器 $3C2410。該處理器采用 0. 18nm 制造工藝的 32位微 控制器, 擁有獨(dú)立的 16 KB指令 Cache 和 16 KB數(shù)據(jù) Cache , MMU

18、, 支持 TFr 的 LCD 控制 器, NAND 閃存控制器, 3路 UART , 4路 DMA , 4路帶 PWM 的 Timer , I /O 口, RTC , 8路 10位 ADC , Touch Screen 接口, IIC BUS 接口, IIS BUS 接口, 2個 USB 主機(jī), 1個 USB 設(shè)備, sD 主機(jī)和 MMC 接口, 2路 SPI ,最高可運(yùn)行在 203 MHz。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過 CC2530接收傳感節(jié)點(diǎn)采集到的農(nóng)情信息, 并發(fā)送控制信息。 通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)并入互聯(lián)網(wǎng), 實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)測中心的通信。 本系統(tǒng)中 GPRS 模塊采用 SIM5218, 它支持 下行速率達(dá)

19、 7. 2Mbps 和上行速率為 5。 76 Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),同時還具有豐富的接口 包括 UART 、 USB2. 0、 GPIO 、 12C 、 GPIO 、 GPS 、攝像頭傳感器和內(nèi)嵌 SIM 卡等。如需 傳輸圖像,音頻等信息,則采用 3G 模塊傳輸,選用芯訊通無線科技 (上海 有限公司研發(fā)的3G 無線傳輸芯片:TD SCDMA Module系列中的 SIM4200。此外, RS485總線接口用于必要時與本地監(jiān)測端的通信。 JrI'AG 調(diào)試接口和串行調(diào)試 接口主要負(fù)責(zé)程序的燒寫、調(diào)試, FLASH 用于掉電下的程序數(shù)據(jù)存儲, SRAM 主要用于在 線的仿真,電源單元負(fù)

20、責(zé)整個過程的能量供應(yīng)。三、傳輸層3.1傳輸層系統(tǒng)設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立有幾種模式或模式組合,可以通過射頻技術(shù)自組網(wǎng)絡(luò),中國移 動電信網(wǎng)(GPRS , GSM , 3G 和互聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)信息的短距和長距離的傳輸。模式二、農(nóng)業(yè)移動互聯(lián)網(wǎng)是指移動終端(如手機(jī)、筆記本及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專用設(shè)備 通過移動通信網(wǎng)絡(luò)訪問互聯(lián)網(wǎng), 并使用農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。 由于農(nóng)村的移動通信普及率要遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超過計(jì)算機(jī)的普及率, 移動通信和互聯(lián)網(wǎng)二者的深度完美融合, 是農(nóng)業(yè)信息傳輸?shù)闹匾l(fā)展 方向。農(nóng)業(yè)移動通信技術(shù)主要包括 GSM , GPRS , 3G 技術(shù)以及未來的 4G 通信技術(shù)。 3.2目標(biāo)設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在傳輸上采取不同的網(wǎng)

21、絡(luò)方式。近距離通訊采用 RS485傳輸方式和 Zigbee 傳輸模式 , 遠(yuǎn)距離傳輸采用 3G 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。 無線傳感網(wǎng)絡(luò) WSN(Wireless Sensor Network 是融合了分布式信息處理技術(shù) , 傳感器技術(shù) , 嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和無線傳輸技術(shù) , 它 能夠互相協(xié)作的實(shí)事感知 , 監(jiān)測環(huán)境和對象的信息 , 并對信息進(jìn)行計(jì)算和分析 , 在運(yùn)送到需要 這些信息的用戶。 WSN(無線傳感網(wǎng)絡(luò) 由許多傳感器節(jié)點(diǎn)組成。 每一個傳感器由數(shù)據(jù)處理裝 置 , 數(shù)據(jù)采集裝置 (A/D轉(zhuǎn)換器 , 傳感器 和控制模塊 (存儲器 ,MCU, 通信裝置 (無線收發(fā)器 和供 電裝置等組成 , 如下圖

22、1所示。每個節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中可以充當(dāng)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)點(diǎn)或類頭節(jié)點(diǎn) (Cluster Head Node的節(jié)點(diǎn)應(yīng)用。作為數(shù)據(jù)采集裝置 , 數(shù)據(jù)采集裝置采集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)信息 (光照強(qiáng) 度和濕度等 。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)框圖通過路由協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給遠(yuǎn)方的基站 (Base station; 作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn) , 節(jié)點(diǎn)除了完成數(shù)據(jù)采集 , 還要收發(fā)力矩節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù) , 然后再將其發(fā)送到更近的節(jié)點(diǎn) 或基站 ; 類頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集該范圍內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù) , 經(jīng)過匯合發(fā)送到匯節(jié)點(diǎn)或基站。四、應(yīng)用層4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包含:ZigBee 協(xié)議棧, GPRs , 3G 協(xié)議棧的程序編寫以及傳感節(jié)點(diǎn) 和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)?；?

23、ZigBee 技術(shù) GPRS /3G 技術(shù)已較為成熟,本系統(tǒng)采用現(xiàn)成的 協(xié)議棧程序, 而主要工作重心放在傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)上。 又由于傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng) 關(guān)節(jié)點(diǎn)的功能特點(diǎn),工作任務(wù)有所差異,因此分開討論。4.2傳感節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì)傳感節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn),自組織式聯(lián)網(wǎng),是物聯(lián)網(wǎng)傳感層中的基層環(huán)節(jié), 直接與物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)測量相關(guān)聯(lián),將農(nóng)情信息轉(zhuǎn)換為有效的開關(guān)量進(jìn)行傳遞,主要工作有:等待網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)喚醒、采集農(nóng)情信息、發(fā)送數(shù)據(jù)、進(jìn)入休眠等,具體工作流程如圖 5所示。 傳感節(jié)點(diǎn)通常情況下處于休眠模式,當(dāng)接收到上級節(jié)點(diǎn)的命令被喚醒后,便馬上發(fā)送 請求加入網(wǎng)絡(luò), 等待網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答成功加入網(wǎng)絡(luò)后,

24、開始進(jìn)行農(nóng)情信息如土壤溫濕度、 光 強(qiáng)、 pH 值等的采集并傳輸給命令發(fā)送端節(jié)點(diǎn),上級節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答位,確定接收成功后,傳 感節(jié)點(diǎn)又轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài),這樣循環(huán)往復(fù)。圖 5 傳感器節(jié)點(diǎn)工作流程4.3網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)建立并管理網(wǎng)絡(luò),允許或拒絕任何一個傳感節(jié)點(diǎn)入網(wǎng),并將各傳感 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng), 監(jiān)控端通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取、 記錄。 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)一直在 T 作狀態(tài),不會休眠。它的工作過程一般分為:等待監(jiān)測命令,建立網(wǎng)絡(luò),加入節(jié)點(diǎn),等待 數(shù)據(jù)信息,發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的具體工作流程如圖 6所示。 圖 6 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)工作流程在建立網(wǎng)絡(luò)時,網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)會不斷地搜索空的信道,如果搜索到某一信

25、道,被另一網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)占用,則重新搜索,直到搜到空信道,其立即做相應(yīng)標(biāo)識,準(zhǔn)備建立自己的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一 個傳感節(jié)點(diǎn)要求加入網(wǎng)絡(luò)時, 它會發(fā)送請求, 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的資源需求決定是否加入傳 感節(jié)點(diǎn),如果選擇加入此節(jié)點(diǎn), 則給它分配一個網(wǎng)絡(luò)地址,構(gòu)成新網(wǎng)絡(luò)。同時傳達(dá)監(jiān)測命令 給下級節(jié)點(diǎn),等待接收數(shù)據(jù),接收成功后發(fā)送至遠(yuǎn)程檢測端和本地監(jiān)測站。溫濕度探頭直接使用 IIC 接口進(jìn)行控制。其電路原理圖如下所示: 圖 7 數(shù)據(jù)采集模塊電路圖本實(shí)驗(yàn)將使用 CC2530 讀取溫濕度傳感器 TDR-3A 型的溫度和濕度數(shù)據(jù),并將采樣到 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后再 LCD 顯示。 其中對溫濕度的讀取是利用 CC2530的 I/O

26、(P1.0和 P1.1 模 擬一個類 IIC 得過程。五、硬件模塊設(shè)計(jì)溫濕度探頭直接使用 IIC 接口進(jìn)行控制。其電路原理圖如下所示: 圖 7 數(shù)據(jù)采集模塊電路圖本實(shí)驗(yàn)將使用 CC2530 讀取溫濕度傳感器 TDR-3A 型土壤水分溫度(一體傳感器的 溫度和濕度數(shù)據(jù),并將采樣到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后再 LCD 顯示。其中對溫濕度的讀取是利用 CC2530的 I/O(P1.0和 P1.1模擬一個類 IIC 得過程。傳感器節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊,溫度傳感器,濕度傳感器和供電板構(gòu)成。 數(shù)據(jù)處理模塊是由 CC2530構(gòu)成,溫濕度采集采用溫濕度傳感器 TDR-3A 型。其結(jié)構(gòu) 圖如下 圖 8 硬件結(jié)構(gòu)圖六、編碼

27、void main(int wendu;int shidu;char s16;UINT8 adc0_value2;float shuzi = 0;SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL; / 設(shè)置系統(tǒng)時鐘源為 32MHz 晶體振 蕩器GUI_Init(; / GUI 初始化GUI_SetColor(1,0; / 顯示色為亮點(diǎn),背景色為暗點(diǎn)GUI_PutString5_7(25,6,"OURS-CC2530" /顯示 OURS-CC2530GUI_PutString5_7(10,22,"Temp:"GUI_PutString5_7(10,35,"Humi:"GUI_PutString5_7(10,48,"Light:"LCM_Refresh(;while(1th_read(&tem,&hum; /從采集模塊讀取溫度和濕度的數(shù)據(jù)sprintf(s, (ch