無線藍牙農(nóng)機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,農(nóng)業(yè)機械化論文

無線藍牙農(nóng)機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,農(nóng)業(yè)機械化論文傳統(tǒng)的農(nóng)機監(jiān)控系統(tǒng)中，一般采用點對點線纜傳輸方式，難以避免接線復(fù)雜、布線困難等問題。由于農(nóng)機作業(yè)環(huán)境惡劣、光照強等因素影響，都會導致線纜的腐蝕、老化，進而降低系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。監(jiān)控系統(tǒng)中有大量分散的傳感器設(shè)備，這些設(shè)備不僅要隨著作物的改變而進行調(diào)整，同時撲朔迷離的線纜也需要重新安裝[3],工作量較大，因而考慮應(yīng)用藍牙無線技術(shù)解決這些問題。本文目的是設(shè)計一個無線農(nóng)機監(jiān)控系統(tǒng)，討論無線藍牙通信技術(shù)在農(nóng)機監(jiān)控中的應(yīng)用[4].1藍牙技術(shù)藍牙技術(shù)〔Bluetooth〕是一種短距離無線通信技術(shù)，是于1998年中旬由東芝、英特爾諾基亞等公司共同公布的無線通信技術(shù)[5].其建立了一種通用的無線傳輸空中接口，可使各個生產(chǎn)設(shè)備商的各種類型的產(chǎn)品能在近距離范圍內(nèi)進行無線通信和無線交互操作。藍牙工作在2.4GHz的ISM〔Industrial、Scientific、Medical,工業(yè)、科學、醫(yī)學〕頻帶，采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。絕大多數(shù)國家的ISM頻段的范圍是2.4~2.4835GHz,該頻段全球通用，用戶無需向所在國申請便可利用該頻段。藍牙通信距離一般為10m左右，配置功率放大器能夠使通信距離進一步增加至100m,能夠?qū)?shù)據(jù)和語音信號實時傳輸，支持高達723.2kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，與此同時還可支持3個語音頻道。藍牙技術(shù)將設(shè)備分為主設(shè)備和從設(shè)備，支持點對點和一點對多點兩種連接，具有微微網(wǎng)和散射網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)造。1.1藍牙的特點1〕采用跳頻技術(shù)能夠很好地抵抗信號衰減。2〕可同時支持數(shù)據(jù)、音頻、視頻信號；經(jīng)常運用電路、分組交換技術(shù)，支持多種語音同時傳輸?shù)男诺溃话?路語音信道、異步數(shù)據(jù)信道、同步語音信道。3〕功耗低、體積小，便于集成。如CRS公司的藍牙芯片BlueCore4-ROMWLCSP的外形尺寸僅為3.8mm4.0mm0.7mm.當前，世界上最小的藍牙收發(fā)模塊僅0.7g[6].4〕具有開放的接口標準。藍牙技術(shù)標準在全球范圍內(nèi)公開，世界上任意一個單位和個人都能夠免費使用藍牙技術(shù)。1.2藍牙無線串口通信原理傳統(tǒng)的通信方式都是采用的有線電纜的連接方式，藍牙模塊的主要功能是替代傳統(tǒng)的串口通信電纜，將有線串口連接轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線藍牙串口連接，進而實現(xiàn)無線的串口通信。藍牙模塊能夠連接到任何具有標準串口的設(shè)備上使用，并可與具有藍牙通信功能的筆記本電腦、掌上電腦、手機的設(shè)備進行無線串口通信。藍牙無線串口通信原理如此圖1所示。2監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計本系統(tǒng)由3部分組成，包括上位機、下位機和通訊傳輸模塊。上位機采用的是廣州蘿崗工控有限公司生產(chǎn)的7寸WINCE工業(yè)觸摸式平板電腦，如此圖2所示。其處理器〔CPU〕：三星S3C2416,ARM9架構(gòu)，主頻400MHz,內(nèi)存64MB.農(nóng)機的作業(yè)人員通過駕駛室內(nèi)的上位機就能夠觀察到農(nóng)機的作業(yè)情況，幫助駕駛員及時地發(fā)現(xiàn)并排除故障。下位機中數(shù)據(jù)采集模塊采用的是上海蘇特電器有限公司生產(chǎn)的光電傳感器和北京兆易科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的RISEN-RSE2AUT型超聲波傳感器，光電傳感器主要進行農(nóng)機播種、施肥作業(yè)數(shù)據(jù)采集，超聲波傳感器采集農(nóng)機播種深度數(shù)據(jù)，微控制器模塊選用的是STC公司生產(chǎn)的STC89C52微控制器。通訊傳輸模塊選用的是北京水土行電子有限公司生產(chǎn)的BT578藍牙適配器，CSR藍牙2.0+EDR芯片，抗干擾強，誤碼率為零[7].內(nèi)部Flash芯片嵌入了藍牙SPP協(xié)議軟件，無需藍牙驅(qū)動程序，能夠連接在帶有串口設(shè)備上使用，配對完成后即可通信。本系統(tǒng)的傳輸模塊由一個藍牙主機和一個藍牙從機組成[8].2.1位機設(shè)計上位機采用WindowsCE5.0為嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)是微軟專門設(shè)計給嵌入式設(shè)備所使用的計算機環(huán)境。由于農(nóng)機監(jiān)控系統(tǒng)的程序部分是在個人計算機上通過VisualStudio2008開發(fā)環(huán)境模擬WindowsCE的操作系統(tǒng)進行程序開發(fā)，所以在程序開發(fā)時，需要研究WindowsCE編程接口、WindowsCE線程和怎樣搭建基于VisualStudio2008的WindowsCE應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。2.2下位機設(shè)計下位機采用成本低廉的STC89C52芯片〔見圖3〕，是由宏晶科技有限公司生產(chǎn)的一代具有低功耗、高性能8位CMOS微控制器。它的特性是信息傳輸高速且抗干擾能力強，同時它能夠在線用串口編程，只需要接三四根線就行，方便簡單，不需要專門的編程器和仿真器下載調(diào)試。該芯片的選定是由于它的這些特性功能所決定的，主要完成終端監(jiān)測傳感信號的采集、系統(tǒng)的計算及信息的處理等功能。該監(jiān)視系統(tǒng)下位機采用成本低廉的STC89C52單片機芯片，工作穩(wěn)定電壓要求為+5V.因而，需要一個+5V電源供電，在農(nóng)機作業(yè)經(jīng)過中，采用作業(yè)車輛的電源為其供電是最理想的，需要將作業(yè)車輛12V的電壓轉(zhuǎn)換為該芯片的工作電壓；但是作業(yè)車輛的電壓是不穩(wěn)定的，只能將作業(yè)車輛不穩(wěn)定的+12V電源轉(zhuǎn)換為STC89C52單片機芯片穩(wěn)定+5V工作電壓，以確保該芯片正常工作。穩(wěn)壓電源如此圖4所示。3藍牙模塊的連接藍牙無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如此圖5所示。3.1下位機與藍牙模塊的連接藍牙采集模塊通過RS232接口與下位機進行通信連接，可自動搜索下位機并與一樣配對密碼的藍牙采集模塊完成配對連接，并記憶最后一次配對藍牙模塊的地址和密碼，以后通電只要找它所記憶的下藍牙采集模塊，直接按下配對去除按鈕，藍牙采集模塊才能放棄記憶，重新搜索。3.2上位機與藍牙模塊的連接上位機與藍牙接口模塊的連接采用的是RE232接口，當藍牙采集模塊將數(shù)據(jù)傳輸給藍牙接收模塊，藍牙接收模塊將數(shù)據(jù)返給上位機，在上位機中顯示并進行數(shù)據(jù)處理[9].系統(tǒng)的主界面和播種監(jiān)控界面如此圖6和圖7所示。3.3藍牙模塊配對連接通過AT命令對藍牙模塊進行設(shè)置，能夠?qū)λ{牙模塊的主從角色、通信波特率、配對密碼進行修改，AT命令需要進行串口調(diào)試操作[10].串口調(diào)試需要在電腦中運行串口調(diào)試助手，然后將藍牙模塊主機和從機分別接到上位機和下位機原串口電纜所連接的兩個串口上；從機設(shè)備發(fā)出配對請求，需在主機上輸入正確的從機配對密碼進行驗證，主機上電后會自動搜索從機并完成配對連接；當主機和從機上藍色指示燈由快閃變?yōu)殡p閃、綠燈常亮，此時配對連接成功。串口調(diào)試助手如此圖8所示。4結(jié)論1〕藍牙技術(shù)是一種能夠?qū)⒋罅康囊苿釉O(shè)備進行組網(wǎng)的連接技術(shù)，具有無限的前景。其底層藍牙協(xié)議棧作為藍牙技術(shù)的技術(shù)核心，使得藍牙技術(shù)具有強大的發(fā)展空間。2〕在農(nóng)機監(jiān)控系統(tǒng)中使用藍牙技術(shù)，不僅使該系統(tǒng)能夠進行短距離無線通信，也使藍牙技術(shù)具有了強大的生命力，改變了傳統(tǒng)的有線傳輸，取代了復(fù)雜的現(xiàn)場布線環(huán)節(jié)。3〕將藍牙技術(shù)結(jié)合嵌入式技術(shù)在農(nóng)機監(jiān)控系統(tǒng)中的使用，能夠進行短距離無線通信力，增加了組網(wǎng)功能。同時，將傳感器采集到的分散數(shù)據(jù)集中傳輸給微處理器處理中心，實現(xiàn)資源分享。以下為參考文獻：[1]王妍，張春仙，沈國華，等。藍牙技術(shù)在軍用通信設(shè)備中的應(yīng)用討論[J].艦船電子工程，2008,28〔7〕：102-103.[2]樊俊霞，李新娥?；趩纹瑱C的數(shù)據(jù)采集與無線收發(fā)系統(tǒng)的研究[J].山西電子技術(shù)，2018〔6〕：48-50.[3]周益明?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室群監(jiān)測與控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)[D].杭州：浙江大學，2018.[4]李莉，劉剛。基于藍牙技術(shù)的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2006,37〔10〕：97-100.[5]李義軍。嵌入式藍牙網(wǎng)關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].青島：中國海洋大學，2006.[6]陸靜霞，丁為民，陳煒峰，等。藍牙技術(shù)與農(nóng)業(yè)機器人[J].農(nóng)機化研究，2005〔5〕：19-20.[7]苗志強。嵌入式藍牙視頻硬件編解碼系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學，202