物聯(lián)網(wǎng)--基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共62頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上齊 齊 哈 爾 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院 通信與電子工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 物聯(lián)網(wǎng)111班 學(xué)生姓名 盧 旭 指導(dǎo)教師 苗鳳娟 成 績(jī) 2015年 6 月 25 日專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)摘 要眾所周知，無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)解決了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)的諸多問(wèn)題，比如：設(shè)備繁多、維修困難；布線(xiàn)繁瑣、容易腐化；規(guī)模龐大、不易管理等。本設(shè)計(jì)基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)根據(jù)要求不僅能夠采集農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)，還利用視頻技術(shù)采集了環(huán)境的圖像信息，這樣不僅從數(shù)據(jù)分析上得到農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)，更能通過(guò)圖像直觀的觀測(cè)農(nóng)田環(huán)境，

2、為本設(shè)計(jì)提供更可靠的依據(jù)。本設(shè)計(jì)融合軟件和硬件，對(duì)于無(wú)線(xiàn)傳輸硬件，選擇了Zigbee模塊和Wifi模塊，Zigbee模塊主要負(fù)責(zé)傳輸傳感器的數(shù)據(jù)，Wifi負(fù)責(zé)傳輸視頻，因?yàn)樾枰杉瘻貪穸?、二氧化碳濃度和光照?qiáng)度，所以比較了多種傳感器后，溫濕度傳感器選擇DHT11，二氧化碳傳感器使用MG811，對(duì)于光照強(qiáng)度傳感器使用BH1750。傳感器監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)很簡(jiǎn)單，傳感器采集數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)Zigbee模塊傳送給協(xié)調(diào)器，由協(xié)調(diào)器在傳送到上位機(jī)即可。另一部分采用Wifi模塊傳輸攝像頭采集的視頻，將視頻傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，監(jiān)測(cè)農(nóng)作物是否有病蟲(chóng)害，或者是否有人侵入等。軟件則涉及了Altium designer設(shè)計(jì)硬件的電路圖，上

3、位機(jī)選用Visual Studio 2013，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言C#，PC機(jī)接將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析，若是超出了設(shè)置的范圍，則會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的功能。關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)；傳感器；協(xié)調(diào)器； AbstractAs we all know, the wireless sensor technology has become a major agricultural technology for environmental monitoring, through the technology to solve the many problems of traditional

4、agriculture environmental monitoring, such as: equipment range, difficult maintenance; wiring cumbersome, easy to corrupt; large-scale, difficult to manage and so on. The design is based on wireless sensor network technology can not only collect according to the requirements of agricultural environm

5、ental parameters, but also the use of video technology to collect the image information environment, so that not only the agricultural environment parameters obtained from the data analysis, more intuitive observation by image farmland environment-oriented designed to provide a more reliable basis.T

6、he integration of software and hardware design, hardware for wireless transmission, select the Zigbee module and Wifi module, Zigbee module is mainly responsible for the data transmission of the sensor, Wifi responsible for the transmission of video, because you need to collect temperature, humidity

7、, carbon dioxide concentration and light intensity, it is more a more after the kind of sensor, temperature and humidity sensor selection DHT11, carbon dioxide sensors MG811, the light intensity sensors BH1750. Sensors monitor node is simple sensor to collect data to the coordinator after Zigbee mod

8、ule, by the coordinator in the transmission to the host computer can be. Another part of Wifi module transmission camera to capture the video, the video transmission to the host computer, monitor crops if there are pests and diseases, or whether someone breaks the like. Altium designer software invo

9、lves the design of hardware circuit, the host machine selects Visual Studio 2013, the programming language C #, PC machines connected to data storage, analysis, if beyond the scope set alarm function will automatically truly remote monitoring functions.Keywords: environmental monitoring system; wire

10、less sensor networks; coordinator; sensors;目 錄 0第1章 緒論1.1 選題背景和意義中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，耕地面積也超過(guò)世界許多國(guó)家，受分布零散、環(huán)境惡劣、病蟲(chóng)害等因素影響，本來(lái)顯著的優(yōu)勢(shì)并沒(méi)有得以體現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展匱乏，致使中國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展前景黯淡，但是科學(xué)技術(shù)的騰飛，帶動(dòng)著各行各業(yè)向前邁進(jìn)一大步，很多發(fā)達(dá)國(guó)家把科學(xué)這個(gè)新助力注入到其他產(chǎn)業(yè)，取得的效果非常明顯，受到這種啟發(fā)，我國(guó)也漸漸的將眼光轉(zhuǎn)向科技與各產(chǎn)業(yè)融合，完美的實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)多元化?？墒?，農(nóng)作物眾多、多種環(huán)境參數(shù)無(wú)法預(yù)知，管理不及時(shí)、技術(shù)不成熟都導(dǎo)致科技農(nóng)業(yè)的發(fā)展遲緩，因此針對(duì)這些問(wèn)題，實(shí)施對(duì)植物長(zhǎng)勢(shì)的

11、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，是實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)、提高農(nóng)業(yè)管理水平的必要手段，也是真正提高了土地利用率1。針對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)問(wèn)題，有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)技術(shù)大規(guī)模使用，但是該種技術(shù)的農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)需要人工現(xiàn)場(chǎng)采集，周期讀數(shù)，才能完成整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)的目的，然而這個(gè)方案有著諸多的技術(shù)弊端，比如：人工定期讀卡，數(shù)據(jù)僅僅是某一時(shí)刻的數(shù)值，不是這段時(shí)間的數(shù)據(jù)包，無(wú)法反映農(nóng)作物真正的生長(zhǎng)狀態(tài)；采集信息的設(shè)備昂貴且笨重，安裝困難，占地面積大，維修難度較大，電纜布線(xiàn)錯(cuò)綜復(fù)雜，容易受環(huán)境影響氧化或腐化而受損，維修不及時(shí)，就會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失，無(wú)法獲得最新數(shù)據(jù)，況且監(jiān)測(cè)范圍廣大，放置設(shè)備時(shí)需要準(zhǔn)確確定位置，否則就會(huì)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)漏洞，局部的數(shù)據(jù)自然無(wú)法代表整體，

12、打個(gè)比方，要是調(diào)查全國(guó)男人的身高，僅僅調(diào)查黑龍江男性的身高并不能代表全中國(guó)一樣，這樣的結(jié)論太過(guò)狹隘，沒(méi)有論證力度2；監(jiān)測(cè)環(huán)境發(fā)生突變時(shí)，不能及時(shí)改變?cè)O(shè)備參數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定性差；設(shè)備容易損壞，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法發(fā)送到監(jiān)測(cè)終端，容錯(cuò)性差。因此，這些因素催生了無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)。那到底什么是無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)？簡(jiǎn)單的說(shuō)它是由無(wú)線(xiàn)通信和嵌入式兩種技術(shù)雜交產(chǎn)生，功能是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，并且不用布線(xiàn)，保證農(nóng)作物種植面積，不用人工讀取數(shù)據(jù)，節(jié)省人力，傳感器抗干擾性強(qiáng)，數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)，設(shè)備簡(jiǎn)單且廉價(jià)，可以大規(guī)模安裝，不僅容易維修且不會(huì)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)死角，這就使得數(shù)據(jù)具有代表性。無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)簡(jiǎn)言之就是由多個(gè)傳感器和無(wú)線(xiàn)傳輸模塊構(gòu)成一個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器

13、網(wǎng)絡(luò)，與上位機(jī)結(jié)合，構(gòu)成這個(gè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；我們知道，無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)有很多種，每一種也有不同的標(biāo)準(zhǔn)和特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采集空氣溫濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度這些環(huán)境參數(shù)，除此之外還采集了視頻信號(hào)，達(dá)到全面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，那么根據(jù)采集信息的不同、傳輸速率、傳輸有效距離以及設(shè)計(jì)花費(fèi)等因素，在無(wú)線(xiàn)傳輸這里需要多加考慮，并不是每種無(wú)線(xiàn)技術(shù)都能達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，所以這就需要多種無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的融合，那以下就根據(jù)這些微妙的不同做一下簡(jiǎn)單的分析。就像世界上有很多不同人種一樣，無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)也有相應(yīng)的種類(lèi)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)就必須考慮種類(lèi)問(wèn)題，種類(lèi)不同，特點(diǎn)不同；傳輸距離、傳輸速率、功耗、成本等，還需要接收上位機(jī)指令實(shí)

14、現(xiàn)雙向通信，當(dāng)前被人們所熟知無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)不外乎就是Zigbee、Wifi、藍(lán)牙、第三代移動(dòng)通信技術(shù)、紅外等3；每一種都有自己與眾不同的特點(diǎn)，要知道整個(gè)系統(tǒng)都是在野外長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的，所以，低功耗是選擇的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的硬性指標(biāo)，一旦這個(gè)指標(biāo)不符合，則不用再考慮，Zigbee技術(shù)和Wifi技術(shù)是比較適合的，Zigbee最突出的特點(diǎn)是短距離傳輸、功耗很低、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向通信，最關(guān)鍵的就是成本很低，它組成了網(wǎng)絡(luò)無(wú)非就是以自己為核心，其他傳感器作為附屬連接在核心上，這樣就構(gòu)成一個(gè)無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)，只要節(jié)點(diǎn)足夠多，它覆蓋的面積可以達(dá)到無(wú)限，就是由于這個(gè)特點(diǎn)，它可以隨意擴(kuò)展，可調(diào)性非常大，從另一方面看，跟GSM和CD

15、MA有相似之處，卻也存在不同，后者兩個(gè)都是傳輸語(yǔ)音信號(hào)，這就與本設(shè)計(jì)不符合了，選取Zigbee模塊作為傳感器數(shù)據(jù)傳輸模塊，它有三種傳輸速率，可以具體情況具體分析，有兩種工作模式，多級(jí)休眠和喚醒，只需要根據(jù)上位機(jī)指示然后操作即可，可以降低功耗，而使用Wifi技術(shù)傳輸視頻信號(hào)，因?yàn)閆igbee無(wú)法實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)傳輸，即使分辨率足夠低且能打包壓縮也無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，就算上述因素滿(mǎn)足，帶寬和傳輸速率也不能達(dá)到傳輸視頻信號(hào)的要求，除此之外，Zigbee只能傳輸容量較小的數(shù)據(jù)，比如溫濕度、二氧化碳濃度等，而對(duì)于視頻信號(hào)這樣容量大的數(shù)據(jù)則不可，并且本視頻采集只是一個(gè)固定的采集點(diǎn)，它采集半徑在100m之內(nèi)的所有

16、視頻信息，所以對(duì)比傳輸距離，Zigbee的傳輸距離較短于Wifi，所以，綜合考慮Wifi更加適合4。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)業(yè)發(fā)展本身起步就很早，雖然土地面積不如中國(guó)廣闊，但是小卻精，而且經(jīng)濟(jì)水平要遠(yuǎn)比中國(guó)高、科技力量先進(jìn)，采用了模糊控制、多單元變量等先進(jìn)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)進(jìn)行控制，當(dāng)20世紀(jì)接近尾聲的時(shí)候，計(jì)算機(jī)發(fā)展的號(hào)角響起，各國(guó)學(xué)者都爭(zhēng)先恐后的希望以計(jì)算機(jī)為依托做出更多貢獻(xiàn)，顯然計(jì)算機(jī)技術(shù)具有足夠大的魅力，引領(lǐng)著研究人員將科技運(yùn)用到各種行業(yè)當(dāng)中。結(jié)合不同農(nóng)作物最佳生產(chǎn)條件，調(diào)節(jié)外部設(shè)備，設(shè)置不同的環(huán)境參數(shù)，改善生長(zhǎng)環(huán)境，賺取更多的經(jīng)濟(jì)收益。據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，早在2002 年時(shí)，英特爾公司

17、運(yùn)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了第一個(gè)無(wú)線(xiàn)葡萄園，此舉為農(nóng)業(yè)的發(fā)展開(kāi)辟了歷史性的新篇章5。即使原理比較簡(jiǎn)單，操作也相對(duì)容易，可畢竟技術(shù)有限，所以只能按照想法簡(jiǎn)單的實(shí)施，將大量的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)零散的安裝在葡萄園里，形成一個(gè)包圍型網(wǎng)絡(luò)，將傳感器采集模式設(shè)定成每隔一分鐘檢測(cè)一次溫濕度，除此之外，該區(qū)域出現(xiàn)的有害物的數(shù)量也會(huì)被記錄，監(jiān)測(cè)人員通過(guò)顯示的數(shù)據(jù)給予恰當(dāng)?shù)拇胧?，保證其生長(zhǎng)最佳。在整個(gè)試驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，葡萄生長(zhǎng)主要受氣候影響，氣候特別惡劣，葡萄到不到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，酒的品質(zhì)自然也隨之降低。通過(guò)常年累計(jì)的大量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行多角度對(duì)比分析，利用現(xiàn)有設(shè)備，良好的掌握了葡萄的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)確實(shí)和環(huán)境參數(shù)息息相關(guān)，精確掌握

18、葡萄生長(zhǎng)過(guò)程中所需要的光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、風(fēng)力強(qiáng)度、以及土壤PH等酸堿度，確定了這些因素，就能通過(guò)人工手段創(chuàng)造一個(gè)最適合葡萄生長(zhǎng)的環(huán)境，從而獲得最大的生產(chǎn)量。受到國(guó)外成功案例的啟發(fā)，我國(guó)也緊追其后，北京市計(jì)劃項(xiàng)目“蔬菜生產(chǎn)智能網(wǎng)絡(luò)傳感器體系研究與應(yīng)用”6，具體做法非常簡(jiǎn)單，就是把蔬菜大棚分成很多個(gè)單元，就像居民樓一樣，一個(gè)單元當(dāng)作一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)，每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)都放置幾個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，用來(lái)采集這個(gè)單元內(nèi)的環(huán)境參數(shù)信息，并且，區(qū)域與區(qū)域之間覆蓋的網(wǎng)絡(luò)范圍并不重合，也就是每個(gè)傳感器所能達(dá)到的最大監(jiān)測(cè)范圍的邊緣也恰是另一個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)范圍邊緣，這樣既滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)不重疊，也保證采集的高效。通過(guò)這些環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的對(duì)

19、比，人為的強(qiáng)制性的改變其中某一參數(shù)，使其達(dá)到最佳生長(zhǎng)狀態(tài)。也就是說(shuō)無(wú)線(xiàn)傳感設(shè)備、監(jiān)測(cè)者、控制中心形成一條監(jiān)測(cè)紐帶，實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體化，從而達(dá)到預(yù)期目的、增加管理者收入。其次，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)發(fā)展比較集中的地區(qū)成為了試點(diǎn)對(duì)象，2015年，黑龍江省克東縣就作為智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，根據(jù)國(guó)家發(fā)展項(xiàng)目的要求，鼓勵(lì)智慧農(nóng)業(yè)，國(guó)家會(huì)給項(xiàng)目提供實(shí)驗(yàn)資金，幫助整個(gè)項(xiàng)目順利實(shí)施，通過(guò)大面積投產(chǎn)、使用，意圖達(dá)到令人滿(mǎn)意的結(jié)果。 無(wú)論是對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)還是對(duì)農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)都是極致的發(fā)揮了本身最大的優(yōu)點(diǎn)6，它安裝簡(jiǎn)單，價(jià)格廉價(jià)、無(wú)需管理者花費(fèi)大量時(shí)間管理，給管理者提供了前所未有的便利，真真正正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)境的動(dòng)態(tài)管理

20、，總體來(lái)說(shuō)，農(nóng)作物環(huán)境信息采集加上控制中心監(jiān)測(cè)完美的構(gòu)建了一個(gè)無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，這個(gè)監(jiān)測(cè)平臺(tái)以最低的投入、最簡(jiǎn)單的管理、最高效的回報(bào)。1.3 本文內(nèi)容及安排論文首先論述了選題意義和背景，長(zhǎng)時(shí)間調(diào)研，認(rèn)為此課題具有研究意義并具有可行性，其次了解選題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，參考國(guó)內(nèi)外無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的案例以及未突破的難點(diǎn)等，掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)所使用的核心技術(shù)和技術(shù)原理，清晰的掌握設(shè)計(jì)思路，在這之后就要涉及具體的設(shè)計(jì)流程了，首先就是整體設(shè)計(jì)方案，這點(diǎn)很重要，一個(gè)清晰的設(shè)計(jì)方案可以高效的完成工作，另一點(diǎn)就是元件的選取，這一點(diǎn)同樣重要，元件的種類(lèi)繁多而且各不相同，所以，綜合多種因素選擇合適的元件也是整個(gè)

21、設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一，另外就是軟件設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)需要考察的就是設(shè)計(jì)者的編寫(xiě)程序的能力，有些程序是開(kāi)源免費(fèi)的，但是有些程序則需要根據(jù)不同的硬件編寫(xiě)，本設(shè)計(jì)中傳感器很多，但是大體的思路幾乎相同，所以設(shè)計(jì)起來(lái)并不是很困難，那最重要的算是上位機(jī)了，所謂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必然是監(jiān)測(cè)最重要，這就需要對(duì)上位機(jī)軟件選取的要求比較高，設(shè)計(jì)的界面不能過(guò)于復(fù)雜，但是也不能十分簡(jiǎn)單，要有獨(dú)到的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，便于管理者分析等等7。最后針對(duì)典型的環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用，對(duì)系統(tǒng)的傳輸性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將該系統(tǒng)對(duì)得到的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行儲(chǔ)存、分析和處理。那么，論文的主要內(nèi)容如下：第1章 緒論這一章的內(nèi)容并不復(fù)雜，背景和意義一定要清晰，這也是選擇本設(shè)計(jì)題目的依據(jù)，國(guó)

22、內(nèi)外研究現(xiàn)狀，根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)本設(shè)計(jì)的特色，然后就是論文內(nèi)容安排，清晰的梳理思路，保證論文的撰寫(xiě)。第2章 這一章詳細(xì)介紹整體的設(shè)計(jì)方案和核心技術(shù)，一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案會(huì)使得設(shè)計(jì)清晰，若是哪里出錯(cuò)，根據(jù)設(shè)計(jì)方案回頭一步一步找即可，還要說(shuō)明，系統(tǒng)完成之后能到什么樣的功能以及這個(gè)設(shè)計(jì)可以應(yīng)用在什么樣的環(huán)境下，還涵蓋了硬件的選取，包括傳感器的各種型號(hào)分析、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊分析，選擇最佳型號(hào)。第3章 這一章是本論文的核心章，主要敘述了整體的硬件設(shè)計(jì)，除了主要介紹整體硬件設(shè)計(jì)方案，還會(huì)一塊一塊解讀，包括無(wú)線(xiàn)傳輸模塊怎樣進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，考慮了那些因素，具體怎樣連接引腳等。第4章 此章也是論文核心章節(jié)，同硬件類(lèi)似，

23、先是總體講述設(shè)計(jì)理念，然后對(duì)各個(gè)部分逐一解讀，設(shè)計(jì)還包括了軟件的選擇和使用語(yǔ)言的簡(jiǎn)述。第5章 此章介紹整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)試，到了這章，整個(gè)設(shè)計(jì)大概完成了，但是還需進(jìn)一步對(duì)硬件和軟件進(jìn)行調(diào)試。 第2章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和核心技術(shù)2.1 系統(tǒng)功能要求及應(yīng)用環(huán)境隨著人們生活水平的提高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遲鈍化、笨重化的問(wèn)題,傳統(tǒng)的農(nóng)作物生產(chǎn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足人們的要求。并且時(shí)代在進(jìn)步，科技在發(fā)展，每一天都會(huì)有驚喜出現(xiàn)，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、傳感器技術(shù),帶動(dòng)著我們更加向前，人們不滿(mǎn)足這樣笨拙的監(jiān)管方式，對(duì)其提出了更高的需求，不僅僅是投入更少、收入更多，更多的是效率和方式，高效率的工作方式給我們帶來(lái)足夠的便利，因此，正是因?yàn)檫@

24、些因素催生了本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?；跓o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)如下功能:(1) 能完成農(nóng)業(yè)環(huán)境中溫濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度的采集。(2) 能完成以上采集數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)傳輸。(3)能完成農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)視頻的采集。(4)能完成視頻的無(wú)線(xiàn)傳輸。(5)上位機(jī)顯示接收的所有數(shù)據(jù)和視頻，若超出設(shè)定的閾值就會(huì)報(bào)警提示。本系統(tǒng)主要應(yīng)用于集中性農(nóng)業(yè)大棚或溫室，便于監(jiān)測(cè)者對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為監(jiān)測(cè)者建立起良好的農(nóng)作物監(jiān)測(cè)機(jī)制。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想本系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從溫室大棚采集植物生長(zhǎng)所需要環(huán)境參數(shù)，以及病蟲(chóng)害情況，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)協(xié)調(diào)器傳送到上位機(jī)，與上位機(jī)設(shè)定的閾值比較，若是超

25、過(guò)這個(gè)范圍，上位機(jī)提示，告訴監(jiān)測(cè)者，此時(shí)參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)，需要調(diào)整外圍設(shè)備控制整個(gè)大棚的環(huán)境達(dá)到農(nóng)作物生長(zhǎng)最優(yōu)的范圍；此外，整個(gè)系統(tǒng)還涉及了視頻采集技術(shù)，這部分使用攝像頭直接采集圖像，觀測(cè)整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域是否有病蟲(chóng)害，若是有病蟲(chóng)害情況，就會(huì)通過(guò)上位機(jī)顯示的視頻觀測(cè)到，從而采取相應(yīng)措施，使整個(gè)農(nóng)業(yè)環(huán)境達(dá)到最佳，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)目的。在此過(guò)程利用ZigBee技術(shù)、無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)、Wifi技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)從農(nóng)業(yè)到管理中心進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)。這個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠達(dá)到花費(fèi)少、收入多的效果，從根本上改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。首先，我們把一個(gè)農(nóng)業(yè)大棚作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在實(shí)驗(yàn)對(duì)象內(nèi)分區(qū)，將每個(gè)區(qū)域作為一個(gè)監(jiān)測(cè)單元，每一個(gè)監(jiān)測(cè)單

26、元內(nèi)放置兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)作為終端節(jié)點(diǎn)，它們的任務(wù)就是精準(zhǔn)的采集農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)。而另一部分則采用Wifi加視頻技術(shù)，可以全面監(jiān)測(cè)整個(gè)大棚的整體環(huán)境情況，對(duì)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物病蟲(chóng)害有極大幫助，然后根據(jù)兩個(gè)部分回傳給監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，若是，采集的參數(shù)不再設(shè)定溫度的范圍，便會(huì)采用報(bào)警機(jī)制，告知監(jiān)測(cè)人員，監(jiān)測(cè)人員使用正確手段，更能滿(mǎn)足農(nóng)作物生長(zhǎng)需要。2.3 總體設(shè)計(jì)方案構(gòu)成基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案大概如下，根據(jù)各部分功能分為三大部分，分別為傳感器節(jié)點(diǎn)采集部分、環(huán)境參數(shù)傳輸部分和視頻監(jiān)視部分。有兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，分別由一個(gè)Zigbee模塊和四個(gè)傳感器組成，兩個(gè)終

27、端節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)回傳給上位機(jī)8，另一部分則是采集的視頻信息以通過(guò)Wifi回傳給上位機(jī)，這樣在上位機(jī)上就會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示，一旦采集的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的數(shù)據(jù),就會(huì)有報(bào)警提示，整體流程如圖2-1所示。上位機(jī)CC2530DHT11 MG811協(xié)調(diào)器BH1750CC2530DHT11PC機(jī)MG811BH1750WIFI模塊攝像頭 圖2-1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)那從上面的整體結(jié)構(gòu)圖可以看出，硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，概括的說(shuō)就是將整體分成兩個(gè)無(wú)線(xiàn)傳輸部分，一部分是核心是Zigbee模塊的，它連接三個(gè)傳感器，傳感器包括DHT11、MG811和BH1750，采集必要的參數(shù)，另一個(gè)部分是以Wifi作為核心的無(wú)線(xiàn)傳輸部分

28、，選擇采集視頻的是奧速高清攝像頭。（1） 傳感器模塊主要負(fù)責(zé)采集農(nóng)業(yè)大棚中的溫度、濕度、光照和二氧化碳這些數(shù)據(jù)8；（2） ZigBee模塊的作用是負(fù)責(zé)將傳感器模塊測(cè)量到的數(shù)據(jù)通過(guò)協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)回傳到上位機(jī)顯示。（3） Wifi模塊的作用將攝像頭采集的視頻傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、保存。2.4 系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)以當(dāng)前來(lái)看，這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但是功能不齊全，技術(shù)不完善，因此并沒(méi)有得到大面積推廣使用，但是本設(shè)計(jì)不僅解決了這些難點(diǎn)，而且將采集數(shù)據(jù)變得更加精準(zhǔn)，使得本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有無(wú)限的潛力。本設(shè)計(jì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，能夠精準(zhǔn)的采集農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境的溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、以及病蟲(chóng)害情況，通

29、過(guò)兩個(gè)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊分別成功的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上顯示，并能通過(guò)上位機(jī)準(zhǔn)確的觀測(cè)出農(nóng)作物生長(zhǎng)的多種指標(biāo)顯示。至此，達(dá)到了最終目標(biāo)。2.5 硬件選取2.5.1 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊選取無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)很多，對(duì)應(yīng)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊業(yè)多種多樣，合適的模塊會(huì)延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命，還可以節(jié)約成本。因此選擇時(shí)，有幾點(diǎn)要素值得設(shè)計(jì)者參考：(1) 對(duì)芯片編寫(xiě)程序是否易行。(2) 芯片外圍元件是否復(fù)雜。冗雜的外圍肯定會(huì)提高成本，使電路更加復(fù)雜。(3) 功耗和發(fā)射功率要考慮在內(nèi) ，搭建的電路是否穩(wěn)定。 （4）數(shù)據(jù)位容納范圍是否能夠承受。在傳輸農(nóng)作物環(huán)境參數(shù)的無(wú)線(xiàn)傳輸元件選擇Zigbee模塊，Zigbee模塊實(shí)際上就是以CC253

30、0為核心連接正常工作所需要的外圍電路，即可構(gòu)成Zigbee模塊，它組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)根本不需要大量成本9，Zigbee模塊具體參數(shù)如表2-1所示。表2-1 ZigBee技術(shù)參數(shù)名稱(chēng)最小值典型值最大值單位電氣性能:供電電壓2.03.33.9V發(fā)射電流304050mA接收電流252730mA休眠電流無(wú)4uA無(wú)線(xiàn)傳輸性能：發(fā)射功率3.84.04.2mW接收靈敏度-97dBm無(wú)線(xiàn)傳輸速率250kbps2.5.2 溫濕度傳感器選取這個(gè)器件確切的定義就是，能夠同時(shí)完成溫度和濕度的數(shù)據(jù)的采集的元件，設(shè)計(jì)要素不同，需要的傳感器也不同，對(duì)于種植大棚或者溫室，傳感器的安裝方式必須選擇懸掛式，若是安放在土壤上面，可能會(huì)受

31、到一定的腐蝕，都知道傳感器比較容易損壞，若是確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，壁掛式則是非常好的選擇，所以，根據(jù)這些設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)考慮在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的傳感器的對(duì)比看表2-2即可。表2-2 三種型號(hào)溫濕度傳感器對(duì)比表型號(hào)JCJ175ASHT11DHT11工作電壓24 V2.4-5.5V 3.3-5.5V測(cè)量精度溫度：±0.5濕度：±3%RH 溫度：±0.5濕度：0-100%RH 溫度：±2 濕度：±5%RH測(cè)量范圍 濕度：0-100%RH 溫度：0-50濕度：0-100%RH 溫度：40-123 濕度：20-90%RH 溫度：0-50觀察上面的對(duì)比表可以看出，JCJ1

32、75A所需工作電壓太高，考慮到正常供電電壓為5V，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)升壓裝置，這就違背本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，故不考慮。剩下的兩種傳感器在工作電壓上均達(dá)到了要求，可以暫時(shí)考慮，但是，對(duì)于測(cè)量精度溫度上，SHT11比DHT11更加有優(yōu)勢(shì)，但是本比設(shè)計(jì)需要的是溫濕度傳感器，不能單獨(dú)考慮一個(gè)參數(shù)，應(yīng)該將溫度和濕度結(jié)合起來(lái)考慮，所以根據(jù)濕度的測(cè)量精度，最終選擇了DHT11。那我們知道DHT11是兼顧采集和傳感技術(shù)的能輸出數(shù)字信號(hào)的傳感器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，含有電阻式感濕元件和測(cè)溫元件，該傳感器性?xún)r(jià)比高，精確度高，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，更適合在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用。2.5.3 二氧化碳傳感器選取對(duì)于人來(lái)說(shuō)，想要健康的生存，不僅僅要有

33、一個(gè)健康的身體，更需要能夠順暢的呼吸，當(dāng)然植物也是如此，它們也需要順暢的呼吸，但是與人不同，它們吸進(jìn)去的是二氧化碳，所以說(shuō)二氧化碳是其必不可少的呼吸養(yǎng)料，而且植物還需要光合作用，除了水之外，還需要足夠的二氧化碳，那為了保證二氧化碳的濃度，我們需要一個(gè)二氧化碳傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)，可以讓農(nóng)作物順暢呼吸，健康成長(zhǎng)。我們知道植物和人不同，需要的二氧化碳濃度自是不一樣，更何況植物需要實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，不能忽視的是它需要被安裝到戶(hù)外，所以，要避免其他因素的腐蝕，由于二氧化碳濃度的范圍變化不大，所注意二氧化碳的測(cè)量精度，越是精準(zhǔn)越好，因此，對(duì)二氧化碳傳感器的選取非常重要，下面對(duì)幾款器件進(jìn)行對(duì)比，如表2-3所示10。表

34、2-3 三種不同二氧化碳傳感器對(duì)比表型號(hào)MG811Cirius-3EMS-112測(cè)量電壓24V5V5±0.5V環(huán)境溫度溫度：-40-70 濕度:95%RH溫度：-40-80 濕度：20-100RH溫度：20-70 濕度：0-100RH低功耗1200mW150mw2000mw那根據(jù)表可以看出，在農(nóng)業(yè)環(huán)境中，結(jié)合電源供電電壓可以選擇兩種，但是跟選擇溫濕度傳感器一樣，我們考量的要素不是一個(gè)，而是將多種因素綜合，進(jìn)行綜合考量，在近乎相同的環(huán)境，MG811的響應(yīng)時(shí)間更短，這就使得采集的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。那MG811 二氧化碳傳感器，MG811靈敏度高，低功耗、耗電少、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間都不超過(guò)兩分

35、種，可以真正實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳濃度的實(shí)時(shí)采集，即使在一天內(nèi)二氧化碳量變化很大，也能連續(xù)不斷的監(jiān)測(cè)二氧化碳變化量，所以，MG811是本設(shè)計(jì)最佳選擇。2.5.4 光照強(qiáng)度傳感器選取顯然，除了二氧化碳、溫濕度之外，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的因素還包括光照強(qiáng)度，一定的光照強(qiáng)度才能促使農(nóng)作物發(fā)生光合作用，所以采集光照強(qiáng)度信息也必不可少，當(dāng)然，對(duì)于大棚或者溫室這樣的環(huán)境，本設(shè)計(jì)對(duì)比了以下三種傳感器，以選取最佳地硬件設(shè)備采集，詳細(xì)的不同如表2-4所示。表2-4 三種光照強(qiáng)度傳感器對(duì)照表型號(hào)BT1750NHZD10AIRY-G/W供電電壓3V-5V7.5V-36V12V-24V量程1-65535lx0-2000lx0-20

36、0klx精度±20%±5%±3%這款BH1750的內(nèi)部含有16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，不用做復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)換計(jì)算，就可以直接輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)，這個(gè)數(shù)字信號(hào)就是我們所需要的。這是一種更精良的和容易使用簡(jiǎn)易電阻器的版本，只需要計(jì)算電壓，就能得到所需要的數(shù)據(jù)，無(wú)需更多麻煩的轉(zhuǎn)換。BH1750和其他光照傳感器不同，它可以通過(guò)光度計(jì)直接計(jì)算光度，簡(jiǎn)單省事。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是某一物體在均勻的光照下每平米獲得1lx的光照量，它們的光強(qiáng)度是1lx。有時(shí)為了充分利用光源，可以根據(jù)折射或者反射原理，增加一個(gè)裝置，就能在其他方向獲得更多的光通量，以增加被照表面的亮度。 2.5.5 WIFI模塊選取本

37、設(shè)計(jì)的Wifi模塊實(shí)際上就是是帶有無(wú)線(xiàn)覆蓋功能的路由器，它的功能就是上網(wǎng)或者無(wú)線(xiàn)覆蓋，或者說(shuō)無(wú)線(xiàn)路由器就是一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，它就是將寬帶網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過(guò)天線(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)給附近能夠捕捉的移動(dòng)設(shè)備。WR703N作為一個(gè)3G接入的Wifi路由，將寬帶信號(hào)通過(guò)天線(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)給其他移動(dòng)設(shè)備很容易，最高傳輸速度達(dá)到150Mbps，支持WDS無(wú)線(xiàn)橋接，有三個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，分別是IEEE 802.11n、IEEE 802.11g、IEEE 802.11b；適宜的工作溫度時(shí)0-40左右，濕度是10%-90%RH，很容易保存，溫度-40-70即可，濕度在5%-90%RH范圍內(nèi)，它采用了外置電源，還有一個(gè)Micro USB的接口，除了外置

38、電源可以供電，還可以利用本身?xiàng)l件供電11。2.6 本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，分別從系統(tǒng)功能要求及應(yīng)用環(huán)境、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想、硬件總體方案構(gòu)成以及元器件選擇幾個(gè)方面進(jìn)行了論述。對(duì)于硬件的選擇則是采用對(duì)比的方法，對(duì)考慮范圍內(nèi)的元件逐一進(jìn)行對(duì)比，選擇一個(gè)最適合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件12。綜合考慮的因素包括硬件價(jià)格、使用壽命等，這些因素基本都是系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要注意的要素，然后根據(jù)本系統(tǒng)自身所需求的要素，完成了對(duì)多種硬件的選擇，為下一章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)思想。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件整體設(shè)計(jì)為了便于設(shè)備維護(hù)以及擴(kuò)展使用，將整個(gè)系統(tǒng)分為兩部分，第一部分是Zigbee模塊、以CC2530芯片為核心

39、的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、各種型號(hào)的傳感器組成，傳感器分別是DHT11溫濕度傳感器、BH1750光照強(qiáng)度傳感器和MG811二氧化碳傳感器；第二部分主要有Wifi模塊、奧速攝像頭組成；兩部分硬件工作原理非常簡(jiǎn)單，Zigbee模塊連接傳感器作為傳感器監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器作為中轉(zhuǎn)站，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)并把數(shù)據(jù)封裝處理后傳給上位機(jī)，而Wifi與攝像頭部分采集的是視頻，Wifi模塊經(jīng)過(guò)破解之后，與攝像頭通過(guò)USB連接，即可采集視頻頭像，可實(shí)現(xiàn)觀測(cè)農(nóng)作物是否有病蟲(chóng)害或者人為破壞等。兩部分均將采集的參數(shù)和視頻傳給上位機(jī)，然后通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)即可，具體系統(tǒng)硬件工作流程如圖3-1所示。打開(kāi)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)關(guān) 插上電源經(jīng)過(guò)變壓器供電電源經(jīng)過(guò)變

40、壓后供電攝像頭正常工作 N傳感器正常工作 采集視頻N Y Y采集數(shù)據(jù)濾波電容濾波Wifi模塊正常傳輸采集的數(shù)據(jù)發(fā)送協(xié)調(diào)器給 N協(xié)調(diào)器正常接收 N Y Y傳送給上位機(jī)圖3-1 系統(tǒng)硬件工作流程圖3.2 基于CC2530的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)3.2.1 終端節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，由于需要監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，要求硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須簡(jiǎn)單，才能有效降低功耗。包括：CC2530片上系統(tǒng)、32MHz系統(tǒng)時(shí)鐘和32.768kHz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、調(diào)試接口、串行接口、天線(xiàn)、三個(gè)傳感器以及為系統(tǒng)供電的電池，還有為電池充電的接口，若是電池電量不足，還有外來(lái)供電，以免傳感器節(jié)點(diǎn)短暫失效。

41、整個(gè)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)十分省電，具有極低的功耗，可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的需要，完全符合設(shè)計(jì)要求。32.768KHz實(shí)時(shí)時(shí)鐘Uart接口5V電源RFAESCC2530 MCU FLASH傳感器SRAM32MHz系統(tǒng)時(shí)鐘JATG調(diào)試接口圖3-2 終端節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.2.2 Zigbee模塊電路原理ZigBee主要有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了便于設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用的是其中的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Zigbee模塊的原理非常簡(jiǎn)單，所謂Zigbee模塊實(shí)際上就是一個(gè)CC2530核心芯片外加一些外圍電路，當(dāng)然這些外圍電路必須包括傳感器接口用來(lái)連接采集數(shù)據(jù)的傳感器、程序下載接口用來(lái)調(diào)試程序、電源穩(wěn)壓電路將供電電壓5V轉(zhuǎn)換成3.3V、CH34

42、0串口驅(qū)動(dòng)芯片，因?yàn)榈装鍨閁SB轉(zhuǎn)串口，配合ZigBee模塊使用，安裝USB驅(qū)動(dòng)芯片后，可直接將USB口虛擬為串口。時(shí)鐘燒寫(xiě)等必要的電路，還需要一個(gè)切換開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制整個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的開(kāi)與斷，除此之外，整個(gè)ZigBee模塊還外加了外部充電電路，當(dāng)供電電池沒(méi)電時(shí)，可以進(jìn)行充電，讓節(jié)點(diǎn)繼續(xù)工作，節(jié)省了大量成本，模塊工作指示燈，指示燈的作用是提示當(dāng)打開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，模塊是否成功工作，其他的不需要在連接電路時(shí)可以不用。Zigbee模塊原理如圖3-3所示。圖3-3 zigbee模塊原理在上圖中可以看出，整個(gè)Zigbee模塊上有一個(gè)核心板接口，核心板主要就是核心芯片CC2530，15引腳為接地引腳，16引腳為電源引

43、腳，核心板上DD和DC是兩條調(diào)試線(xiàn)，DC為調(diào)試時(shí)鐘信號(hào)線(xiàn)，DD是調(diào)試數(shù)據(jù)線(xiàn)，引腳14為復(fù)位引腳，需要連接一個(gè)10K的電阻。傳感器串口選擇三個(gè)連接傳感器使用，但是供給的電源確實(shí)3.7V的電池供電，這就需要一個(gè)轉(zhuǎn)換電壓的芯片，達(dá)到合適的3.3V供電工作，在Zigbee模塊上還有一個(gè)指示燈，指示燈電路比較復(fù)雜，它的作用就是當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，指示燈亮，可以判斷整個(gè)模塊帶電，另外，Zigbee模塊上的仿真器接口用來(lái)調(diào)試程序和下載程序，還有一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口芯片CH340芯片，它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，內(nèi)部有20個(gè)引腳，在USB內(nèi)部設(shè)置了上拉電阻的引腳有1、UD+和UD-三個(gè)不同的引腳，除此之外的接地引腳、電源引腳、數(shù)據(jù)

44、傳輸引腳也必不可少，它的主要作用就是串口驅(qū)動(dòng)，傳輸數(shù)據(jù)。3.2.3 協(xié)調(diào)器電路原理ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器起始就是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的一種類(lèi)型設(shè)備，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心，它負(fù)責(zé)的功能包括建立，維持和治理網(wǎng)絡(luò)，分配網(wǎng)絡(luò)地址等，因此，可以將ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器稱(chēng)作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的“大腦”，本設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)器就是一塊ZigBee模塊，然后在軟件設(shè)置方面稍加改動(dòng)，通過(guò)協(xié)議棧改寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)ZigBee模塊充當(dāng)協(xié)調(diào)器的功能，協(xié)調(diào)器的具體電路原理如圖3-4所示。圖3-4 協(xié)調(diào)器電路原理在上圖可以看出協(xié)調(diào)器就是zigbee網(wǎng)絡(luò)的一種以CC2530為芯片的設(shè)備，上面嵌入ASM1117穩(wěn)壓芯片，AMS1117的片上微調(diào)把

45、基準(zhǔn)電壓調(diào)整到1.5%的誤差以?xún)?nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力，上面的PL-2303是RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個(gè)RS232 裝置與USB 功能接口便利連接的解決方案。該器件作為USB/RS232 雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機(jī)接收USB 數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232 信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面從RS232 外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB 數(shù)據(jù)格式傳送回主機(jī)。3.2.4 終端節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)對(duì)于終端節(jié)點(diǎn)的電路設(shè)計(jì)就是實(shí)現(xiàn)三個(gè)傳感器與Zigbee模塊的焊接，溫濕度傳感器DHT11，它的引腳非常簡(jiǎn)單，四個(gè)引腳分別是引腳1是電源引腳，連接Zigbee

46、模塊上的電源即可，引腳2是單總線(xiàn)接口，可以傳輸串行數(shù)據(jù)，通過(guò)跳線(xiàn)連接到CC2530的串口20采集溫濕度，這個(gè)傳感器有個(gè)空腳，設(shè)計(jì)時(shí)候懸空即可，引腳4接Zigbee板的GND就行。BH1750光照強(qiáng)度傳感器有五個(gè)引腳，GND和ADD引腳通過(guò)跳線(xiàn)接Zigbee板的GND就行，而VCC引腳接Zigbee板的電源，SDA、SCL引腳連接CC2530的串口1和2，就能實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)，對(duì)于MG811二氧化碳傳感器來(lái)說(shuō)，引腳有四個(gè)，D0引腳在這個(gè)設(shè)計(jì)中沒(méi)用，不用設(shè)計(jì)，A0引腳連接CC2530的串口19，VCC引腳連接Zigbee模塊的電源，GND引腳連接Zigbee的地即可，整個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的電路設(shè)計(jì)如圖3-5所

47、示。圖3-5 終端節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)3.2.5 電源模塊設(shè)計(jì)Zigbee模塊的工作電壓為3.3V，要想與電源連接，還需要一個(gè)電源適配器，而電池提供的電壓為5V，在Zigbee模塊上設(shè)計(jì)一個(gè)LM1117芯片會(huì)將5V電源電壓轉(zhuǎn)為3.3V的工作電壓為這個(gè)電路板供電，該芯片是一個(gè)正向低壓降穩(wěn)壓器，三端可調(diào)或固定電壓3.3V，其中C7和C8為輸入旁路電容，C9和C10是輸出旁路電容，然后輸入端連接電源供給端，這樣就可以保證輸出3.3V電壓，滿(mǎn)足電源設(shè)計(jì)要求，其工作原理圖如圖3-6所示。圖3-6 電源工作原理3.3 視頻模塊設(shè)計(jì)3.3.1 Wifi與視頻連接電路設(shè)計(jì)在采集這部分采用的無(wú)線(xiàn)傳輸元件肯定不能選擇Zi

48、gbee模塊，第一，視頻的目的主要是為了觀察這個(gè)農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)區(qū)農(nóng)作物病蟲(chóng)害的情況，農(nóng)作物要想健康成長(zhǎng)肯定不是單一的因素，除了環(huán)境因素，還要考慮稻瘟病、蟲(chóng)災(zāi)、人為破壞等多種因素，所以采集的視頻必須清晰，對(duì)畫(huà)面的清晰度有極高的要求，對(duì)于Zigbee來(lái)說(shuō)，若是傳輸簡(jiǎn)單的控制視頻的命令還是可以的，傳輸視頻卻達(dá)不到要求，最終決定選擇了Wifi模塊作為無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，本設(shè)計(jì)選用WR703N迷你路由作為WiFi模塊，將3G網(wǎng)絡(luò)采用主動(dòng)型串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)方式，WR703N的VDD、D-、D+、VSS引腳與USB連接，USB一端連接奧速高清攝像頭，完成整個(gè)視頻監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)。Wifi傳輸模塊設(shè)計(jì)電路如圖3-7所示。圖3-

49、7 Wifi傳輸模塊設(shè)計(jì)3.3.2 Wifi模塊外圍電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中選用的是220V市電供電，使用變壓器變壓，然后交流經(jīng)過(guò)整流橋變成直流輸出，在經(jīng)過(guò)濾波電容過(guò)濾掉交流，使得輸出的直流更加平滑，然后經(jīng)過(guò)LM2756芯片，LM2756相當(dāng)于高速斷開(kāi)和閉合的開(kāi)關(guān)，連接在Vin與Vout腳之間。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，Vin不再提供電流到Vout。但根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電感對(duì)突變電流起阻礙作用，電感L1會(huì)產(chǎn)生且與原來(lái)方向相同，L1相當(dāng)于電源。任何電路的電流都是要有回路的，此電感產(chǎn)生的感應(yīng)電流總要回到電感，就是靠這個(gè)二極管回流的，其電流經(jīng)過(guò)L1、5V輸出端、負(fù)載到地，再經(jīng)二極管D2回到電感L1，此時(shí)二極管相對(duì)于感

50、應(yīng)電流就是正向連接了，沒(méi)等這個(gè)電流消失，開(kāi)關(guān)又閉合，設(shè)計(jì)如圖3-8所示。圖3-8 Wifi與PC機(jī)通信接口原理圖3.4 本章小結(jié)本次硬件原理和電路設(shè)計(jì)均是采用Altium Designer軟件繪制，主要硬件涉及Zigbee模塊、各個(gè)傳感模塊電路、無(wú)線(xiàn)路由模塊電路，并根據(jù)給出的設(shè)計(jì)電路作出了相應(yīng)的解析，并對(duì)其功能做了相應(yīng)的介紹，并對(duì)需要進(jìn)行電壓適配的原件設(shè)計(jì)了電壓適配電路，所以選用了ASM1117-3.3芯片來(lái)解決。在視頻傳輸模塊上選用了無(wú)線(xiàn)路由WR703N，將3G信號(hào)轉(zhuǎn)換成Wifi，其次，在設(shè)計(jì)外圍電路時(shí)注意了利用此種技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻傳輸，實(shí)現(xiàn)完美連接。第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件環(huán)境及使用語(yǔ)言I

51、AR Embedded Workbench（又稱(chēng)EM）的C交叉編譯器是一款完整、穩(wěn)定且容易使用的專(zhuān)業(yè)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具，EW對(duì)不同的微處理器提供統(tǒng)一的用戶(hù)界面，目前可以支持至少35種的8位、16位、32位的MCU。開(kāi)發(fā)人員只需要根據(jù)設(shè)計(jì)需要改寫(xiě)MAC層程序，即可完成目的，當(dāng)軟件程序編譯完成，運(yùn)行成功過(guò)后就可以利用仿真器 FET開(kāi)始代碼下載。那對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)所涉及的全部硬件原理圖則是使用Altium designer設(shè)計(jì)，可以這么說(shuō)，它集合了所有繪制軟件的優(yōu)點(diǎn)，提供了全套的解決方案。C語(yǔ)言是一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，屬高級(jí)語(yǔ)言范疇。它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)系統(tǒng)

52、，也可以作為應(yīng)用語(yǔ)言，編寫(xiě)不依賴(lài)的應(yīng)用程序，代碼清晰精簡(jiǎn)，十分靈活。4.2 監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)在監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)這部分，傳感器的職責(zé)相當(dāng)于搬運(yùn)工，只需要接收命令16，當(dāng)然協(xié)調(diào)器也會(huì)發(fā)送給傳感器命令，傳感器順利接收，然后按照命令工作。具體流程如下圖4-1所示，電源給監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)供電，有了能源之后微控制器就開(kāi)始初始化，加載串行外圍設(shè)備接口驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而把CC2530初始化，對(duì)于附近的網(wǎng)絡(luò)，必須得自己去檢測(cè)，有的話(huà)去申請(qǐng)加入該網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有則繼續(xù)掃描直到找到最近的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)基本都是電池供電，所以終端節(jié)點(diǎn)就得保證足夠省電，連接協(xié)調(diào)器接收或發(fā)送數(shù)據(jù)均采用被動(dòng)喚醒。有命令就工作，沒(méi)命令則休息，這樣耗能才可以最低。其它時(shí)間則轉(zhuǎn)入

53、睡眠狀態(tài)，這樣監(jiān)測(cè)的部分才能變成最低16。初始化CC2530開(kāi)始初始化CPU并加載SPI驅(qū)動(dòng) 初始化協(xié)議棧尋找并加入網(wǎng)絡(luò)是否加入網(wǎng)絡(luò) N 進(jìn)入低功耗模式是否加入網(wǎng)絡(luò)初始化傳感器模塊并采集數(shù)據(jù) 處理并發(fā)送數(shù)據(jù) 發(fā)送成功 Y N圖4-1 傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程Zigbee模塊所涉及的程序如下：#include "MT_UART.h" /此處用于串口#include "DHT11.h" /溫濕度專(zhuān)用#define AIR P2_0/P2.0/CO2傳感器 IO 定義#define LIGHT P0_0/P0.0/光照傳感器 IO 定義傳感器初始化程序如下：void Samp