基于zigbee的蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)設計

1、.：.；摘 要目前，ZigBee技術(shù)曾經(jīng)廣泛運用于近間隔 傳輸?shù)臒o線通訊領域，尤其是在工農(nóng)業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生方面日益起著越來越重要的作用。本設計意在經(jīng)過ZigBee無線通訊技術(shù)構(gòu)建一個無線傳感器網(wǎng)絡WSN，采用樹型網(wǎng)絡拓撲構(gòu)造，對參與該網(wǎng)絡的傳感器節(jié)點進展溫度、濕度、光照強度和二氧化碳濃度的數(shù)據(jù)進展采集和分析，將此運用于對農(nóng)業(yè)里溫室的環(huán)境檢測和控制當中，防止了有線網(wǎng)絡的布線問題和本錢問題。本設計利用了一個構(gòu)造合理的Web運用程序，搭建Web效力器來動態(tài)顯示傳感終端所采集的溫室數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：ZigBee；CC；無線傳感器網(wǎng)絡；溫濕度采集 IIAbstractCurrently, ZigBee te

2、chnology has been widely used in close range transmission of wireless communications is increasingly playing an increasingly important role, especially in the agricultural and industrial control, medical protection. that design is intended to build a wireless sensor network (WSN), the adoption of Zi

3、gBee wireless communication technology, the use of a tree network topology, sensor nodes join the network temperature, humidity, light intensity and carbon dioxide concentration of the data collection and analysis will that applied to the detection and control of the environment on agricultural gree

4、nhouse, to avoid the cable network cabling problems and cost issues. that design uses a rational structure of the Web application, set up a Web server to dynamically display greenhouse data collected by the sensor terminal.Key words: ZigBee; CC; wireless sensor networks; temperature acquisitio IV目 錄

5、 TOC o - h z u HYPERLINK l _Toc 摘 要 V前 言隨著我國國民經(jīng)濟的開展人民生活程度日益提高,冬季大棚蔬菜市場日漸擴展。在利用蔬菜大棚消費中,溫度、濕度等要素直接關(guān)系到大棚作物的生長,因此,對大棚溫濕度數(shù)據(jù)進展實時、精準的采集以及監(jiān)測調(diào)理是實現(xiàn)大棚蔬菜消費優(yōu)質(zhì)、高效益的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)系統(tǒng)運用有線監(jiān)測設備,具有線路多、布線復雜、維護困難等缺陷,在很多特定區(qū)域無法順利運用。基于此,本文引見了一種基于Zigbee的蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng),該系統(tǒng)利用無線通訊技術(shù),無需布設任何線路,自動組網(wǎng),本錢低廉,采集及監(jiān)測節(jié)點數(shù)量大,有效地實現(xiàn)了對蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)采集的實

6、時無線監(jiān)控,促進了蔬菜大棚的智能化、一致化管理。 .緒論.研討的背景和意義世紀是設備農(nóng)業(yè)迅速開展的時期。興隆國家與開展中國家紛紛采取措施，加大投資.大力開展智能化設備農(nóng)業(yè)。設備農(nóng)業(yè)是采用先進的科學技術(shù)和工廠化消費方式，把作物種植在一個相對封鎖的空間，為作物的高效消費提供適宜的生長環(huán)境，并且在任何地域，一年四季均能種植任何作物的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。設備農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志，其特點表現(xiàn)為高產(chǎn)量、高質(zhì)量、環(huán)保、周年可繼續(xù)消費。設備農(nóng)業(yè)的迅速開展加速了農(nóng)業(yè)科學推行，對農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度的提高起到了積極的推進作用。植物的生長都是在一定的環(huán)境中進展的，其在生長過程中遭到環(huán)境中各種要素的影響，其中對植物生長影響最

7、大的是環(huán)境中的溫度和濕度。環(huán)境中晝夜的溫度和濕度變化大，其對植物生長極為不利。因此必需對環(huán)境的溫度和濕度數(shù)據(jù)進展采集、監(jiān)測和控制，使其適宜植物的生長，提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。本系統(tǒng)就是利用價錢廉價的普通電子器件來設計一個參數(shù)精度高，控制操作方便，性價比高的運用于農(nóng)業(yè)種植消費的蔬菜大棚溫濕度采集測控系統(tǒng)。溫室內(nèi)作物生長到一定時期，一方面對溫室環(huán)境進展調(diào)控會影響作物的生長，另一方面作物光協(xié)作用、蒸騰作用的改動又對室內(nèi)環(huán)境因子產(chǎn)生新的影響，從而產(chǎn)生了一種反響作用機制，而在現(xiàn)有的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)并沒有思索到這種反響作用機制。假設能同時對沒施內(nèi)的溫度、光照、二氧化碳濃度等進展智能調(diào)控，并能思索到作物反響作用機

8、制，這種調(diào)控方式既節(jié)約資源又提高消費效率。研討溫室環(huán)境控制的現(xiàn)狀及開展趨勢，不僅可以提高作物的產(chǎn)量和降低溫室能耗，而且對未來溫室環(huán)境調(diào)控的開展具有重要的指點意義。. 國內(nèi)外溫室測控系統(tǒng)研討現(xiàn)狀. 國內(nèi)溫室測控系統(tǒng)研討現(xiàn)狀目前溫室環(huán)境控制系統(tǒng)主要針對溫度和濕度控制進展研討。盧佩等采用模糊控制方法，經(jīng)過建立模糊控制系統(tǒng)模型和對模糊控制器的設計，引入解藕參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的溫濕度解耦控制，提高了溫濕度控制的精度。黃力櫟等針對溫室氣候控制方法中溫濕度之間的耦協(xié)作用，提出以溫度控制為主、濕度控制為輔的控制戰(zhàn)略，并建立兩變量輸入、三變量輸出的控制主回路和補償回路模糊控制系統(tǒng)，從而為溫濕度控制提供了一種行之有效

9、的方法。鄧璐娟采用逆系統(tǒng)方法對溫室環(huán)境非線性系統(tǒng)進展了解耦和線性化，同時對隨機的擾動進展補償，采用PDF控制算法和Smith預估補償對線性化后的系統(tǒng)進展了綜合校正，在選擇校正后閉環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)時思索了非線性系統(tǒng)解耦的要求。朱虹經(jīng)過對歷史溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的合理分析，將溫室的溫度控制模型近似為一階慣性加時滯環(huán)節(jié)?；谠摐囟冉颇Ｐ筒捎肸huang等中提出的時間為權(quán)誤差積到分目的最優(yōu)的參數(shù)自整定公式來整定PID控制器參數(shù)，將整定后的PID控制器運用于溫室控制。楊澤林等經(jīng)過數(shù)據(jù)發(fā)掘，利用采集的溫室內(nèi)、外溫度及室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)對溫室形狀進展分類，提出一種基于各類別中的溫室溫、濕度變化率相關(guān)性進展模糊解耦控制。沈敏

10、等思索開關(guān)設備組協(xié)作用下溫室測控系統(tǒng)的非線性動態(tài)特性，提出構(gòu)造簡單、不需復雜數(shù)值計算的離散預測模型，對設備組合進展?jié)L動優(yōu)化預測控制，大大簡化溫室測控系統(tǒng)預測控制算法的復雜性，緩解了測控系統(tǒng)分布大時滯問題。. 國外溫室測控系統(tǒng)研討現(xiàn)狀國外的溫室環(huán)境起步較早，溫室環(huán)境控制經(jīng)過多年的開展，控制技術(shù)和實際開展到較高程度。隨著用于溫室環(huán)境控制的作物模型的研討，研討人員將溫室物理模型和作物模型結(jié)合起來，以實現(xiàn)溫室的高效消費。Seginer等進展模擬研討確定溫室二氧化碳施肥的優(yōu)化措施，其方法是在建立一系列函數(shù)(作物生長函數(shù)、溫室函數(shù)、設備函數(shù)及本錢函數(shù))之后，進展數(shù)值尋優(yōu)得到不同溫光程度下最優(yōu)的二氧化碳施肥

11、量，并給出一系列圖表用于指點實踐二氧化碳施肥操作管理；Van- Straten等利用作物的光協(xié)作用和蒸騰作用進展溫室內(nèi)短期的優(yōu)化與控制，利用有效積溫的原理進展溫室的長期的優(yōu)化與控制，將短期優(yōu)化和長期優(yōu)化相結(jié)合，實現(xiàn)了以經(jīng)濟最優(yōu)為目的的溫室環(huán)境控制。Aaslyng等利用作物的光輻射吸收、葉片的光協(xié)作用和呼吸作用預測模型建立了溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，根據(jù)自然光照來控制溫室內(nèi)的溫度，系統(tǒng)在節(jié)省能源和由于光照減弱而導致的作物產(chǎn)量降低之間獲得了很好的平衡?；谧魑锱c環(huán)境的動態(tài)呼應時間尺度不同，前人把溫室作物消費優(yōu)化控制問題分成慢速子問題和快速子問題個子問題。Seginer等只思索慢速子問題，Hwang只思索快

12、速子問題。Van Henten是第一位處理整個優(yōu)化控制問題的科學家，提出把系統(tǒng)分解為個時間尺度的方法，根據(jù)該方法首先處理長期問題，然后用長期問題的結(jié)果來計算短期問題的軌跡并把該方法運用到生萊消費的優(yōu)化控制中。從以上文獻可以看出，國外進展溫室環(huán)境控制時曾經(jīng)思索到作物與環(huán)境的相互作用機制，同時思索到作物動態(tài)呼應與環(huán)境動態(tài)呼應的時間尺度不一致性，但運用到黃瓜生長的優(yōu)化控制中較少。.系統(tǒng)分析. 系統(tǒng)總體架構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處置模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和電源管理模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊擔任經(jīng)過各種類型的傳感器采集物理信息；數(shù)據(jù)處置模塊擔任控制整個節(jié)點的處置操作、功耗管理以及義務管理

13、等；數(shù)據(jù)通訊模塊擔任與其他節(jié)點進展無線通訊，它經(jīng)過ZigBee無線電波將數(shù)據(jù)傳送到路由節(jié)點或主協(xié)調(diào)器節(jié)點，路由節(jié)點再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到主協(xié)調(diào)器節(jié)點或經(jīng)過上級路由節(jié)點轉(zhuǎn)給主協(xié)調(diào)器節(jié)點，主協(xié)調(diào)器節(jié)點經(jīng)過RS 串口將一切信息聚集傳至PC機或效力器。本系統(tǒng)的模型主要分為四塊:溫濕度的數(shù)據(jù)采集節(jié)點、擔任從節(jié)點接納數(shù)據(jù)并向主機發(fā)送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)節(jié)點、主機效力器以及最終的用戶。該系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖如圖-所示：遠程主機端效力器程序系統(tǒng)節(jié)點數(shù)據(jù)采集節(jié)點圖- 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖該系統(tǒng)由上位機PC監(jiān)控端和下位機ZigBee網(wǎng)絡兩部分組成。下位機ZigBee網(wǎng)絡系統(tǒng)擔任采集溫室大棚內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，上位機擔任顯示溫濕度數(shù)據(jù)并進展實時監(jiān)

14、控。下位機ZigBee網(wǎng)絡系統(tǒng)由溫濕度傳感器模塊、路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊組成。溫濕度傳感器模塊主要擔任采集、存儲和上傳溫濕度信息。路由器模塊主要擔任轉(zhuǎn)發(fā)溫濕度信息。協(xié)調(diào)器模塊主要完成溫濕度數(shù)據(jù)的會聚。下位機ZigBee網(wǎng)絡系統(tǒng)和上位機之間經(jīng)過RS-串口進展通訊。當監(jiān)測大棚溫濕度信 息時，首先經(jīng)過上位機端監(jiān)控軟件設置好波特率和串口號等參數(shù)，然后協(xié)調(diào)器開場組建ZigBee網(wǎng)絡，這時路由器節(jié)點和溫濕度傳感器節(jié)點開場參與ZigBee網(wǎng)絡。分布在各個大棚內(nèi)的溫濕度傳感模塊開場采集溫濕度信息，并存儲在Flash中，經(jīng)過單跳或者多跳的方式發(fā)送到上位機，上位機監(jiān)控端接納到溫濕度信息后，把各個大棚內(nèi)的溫濕度信息

15、顯示出來。當溫濕度信息異常時，在監(jiān)控端會有異常提示，以便及時處置。各個傳感器節(jié)點每隔一定的時間采集一次它周圍的溫濕度，并將溫濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過臨近節(jié)點或直接傳給基站中心板上；基站中心板擔任搜集從各個幾點上傳來的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過串口轉(zhuǎn)傳到效力器端上；遠程主機將建立數(shù)據(jù)庫來存儲這些數(shù)據(jù)，為用戶提供查詢操作，主機也可以實現(xiàn)報警等功能。以下是對這幾部分功能的詳細引見：、溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點：本系統(tǒng)中該環(huán)節(jié)主要是經(jīng)過CC集成的暴露在空氣中的溫濕度傳感器來采集菜蔬大棚里空氣的溫濕度，將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并經(jīng)過Zigbee無線網(wǎng)絡將這些采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站節(jié)點。數(shù)據(jù)采集節(jié)點并不是多對一的傳輸關(guān)系，每個節(jié)點都有路

16、由轉(zhuǎn)發(fā)功能，也可以接受臨近節(jié)點的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給基站節(jié)點，從而擴展了丈量的間隔 ，處理了無線丈量范圍有限的難題。、基站：基站作為本系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，它需求完成搜集從本人網(wǎng)內(nèi)各個數(shù)據(jù)采集節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)經(jīng)過串口發(fā)送到計算機(也可以稱作效力器上)進展存儲，從而為上層用戶提供查詢等效力提供了數(shù)據(jù)根據(jù)?；疽彩且粔KCC的加強型工業(yè)規(guī)范的嵌入式中心板，它在組網(wǎng)中的序號必需是號，否那么將接受不到數(shù)據(jù)。、效力器端：效力器端經(jīng)過串口線將從基站收到的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，并經(jīng)過GPRS網(wǎng)絡傳輸給遠程主機端，從而為上層軟件的設計、用戶的運用提供了數(shù)據(jù)根據(jù)。本系統(tǒng)的一個重點是在效力器端建立一個軟件系統(tǒng)來管

17、理這些數(shù)據(jù)。、遠程用戶端：該部分主要擔任從效力器端搜集數(shù)據(jù)，并存儲在本人的數(shù)據(jù)庫中，并以此為數(shù)據(jù)根底為用戶提供數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)在該軟件設計中實現(xiàn)數(shù)據(jù)接納的控制、溫濕度數(shù)據(jù)的顯示、歷史數(shù)據(jù)的查詢、刪除、溫濕度的自報警以及系統(tǒng)用戶等的管理。. 系統(tǒng)設計原理該檢測系統(tǒng)充分利用ZigBee技術(shù)的軟、硬件資源,輔以相應的丈量電路和SHT數(shù)字式集成溫濕度傳感器等智能儀器,能實現(xiàn)多義務、多通道的檢測和輸出。并且經(jīng)過RS接口實現(xiàn)與上位PC機的銜接,進展數(shù)據(jù)的分析、處置和存儲及打印輸出等。它具有丈量范圍廣、丈量精度高等特點,前端丈量用的傳感器類型可在該根底上修正為其他非電量參數(shù)的丈量系統(tǒng)。溫濕度檢測系統(tǒng)采用SHT為

18、溫濕度丈量元件。系統(tǒng)在硬件設計上充分思索了可擴展性,經(jīng)過一定的添加或改造,很容易添加功能。根據(jù)溫室大棚內(nèi)的溫濕度、土壤水分、土壤溫度等傳感器采集到的信息，利用串口通訊RS-將傳感器信息發(fā)送給上位計算機，然后再接到上位計算機上進展顯示，報警，查詢。監(jiān)控中心將收到的采樣數(shù)據(jù)以表格方式顯示和存儲，然后將其與設定的報警值相比較，假設實測值超出設定范圍，那么經(jīng)過屏幕顯示報警或語音報警，并打印記錄。與此同時，監(jiān)控中心可向現(xiàn)場控制器發(fā)出控制指令，監(jiān)測儀根據(jù)指令控制風機、水泵、等設備進展降溫除濕，以保證大棚內(nèi)作物的生長環(huán)境。監(jiān)控中心也可以經(jīng)過報警指令來啟動現(xiàn)場監(jiān)測儀上的聲光報警安裝，通知大棚管理人員采取相應措

19、施來確保大棚內(nèi)的環(huán)境正常。. 系統(tǒng)節(jié)點設計 數(shù)據(jù)采集節(jié)點及其基站節(jié)點是一組安放在蔬菜大棚實地內(nèi)的傳感器和無線通訊模塊的終端集合。主要是擔任大棚內(nèi)空氣的溫濕度的數(shù)據(jù)采集，并接納從基站發(fā)來的指令，定時經(jīng)過無線模塊將本節(jié)點采集到的溫濕度數(shù)據(jù)傳輸給基站節(jié)點。、數(shù)據(jù)采集節(jié)點是定時的(默許設置成S采集一次溫濕度數(shù)據(jù))采集數(shù)據(jù)，這個時間間隔可以是網(wǎng)絡中的基站向溫濕度傳感器節(jié)點發(fā)送重新設置時間間隙的控制命令來完成設置的。PPP(Point-to-Point Protocol)協(xié)議是在設計和實現(xiàn)網(wǎng)絡中基站節(jié)點功能所要用到的技術(shù)。PPP協(xié)議是為在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包這樣的簡單鏈路設計的鏈路層協(xié)議。這種鏈路提供全

20、雙工操作，并按照順序傳送數(shù)據(jù)包。設計目的主要是用來經(jīng)過撥號或?qū)＞€方式建立點對點銜接發(fā)送數(shù)據(jù)，使其成為各種主機、網(wǎng)橋和路由器之間簡單銜接的一種共通的處理方案。傳感器運用了其技術(shù)從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接力傳送，從而提高了網(wǎng)絡通訊的效率。數(shù)據(jù)采集節(jié)點主要由電源模塊、處置器模塊、溫濕度傳感器搜集模塊和無線通訊模塊個模塊構(gòu)成的：電源：采用兩節(jié).V的紐扣電池組成的V直流電為整個系統(tǒng)供電。處置器模塊和無線通訊模塊：采用加強型工業(yè)規(guī)范的CC中心板，它是加強版的Zigbee模塊。溫濕度傳感器搜集模塊：采用CC中心板集成溫濕度傳感器SHT。數(shù)據(jù)采集節(jié)點的硬件框圖如圖-所示：圖- 為數(shù)據(jù)采集節(jié)點硬件框架圖、溫濕度采集節(jié)點

21、也是基于Zigbee通訊協(xié)議的終端設備。Zigbee的根底是IEEE .,但IEEE僅處置低級MAC層和物理層協(xié)議，因此Zigbee聯(lián)盟擴展了IEEE，對其網(wǎng)絡層協(xié)議和API進展了規(guī)范化。與其他無線規(guī)范.或.不同，Zigbee以Kbps的最大傳輸速率承載有限的數(shù)據(jù)流量。它滿足國際規(guī)范組織(ISO)開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型，主要包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層。Zigbee是一種新興的短間隔 、低速率、低功耗的無線可自組的網(wǎng)絡技術(shù)。主要用于近間隔 無線銜接。在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通訊，這些傳感器只需求很少的能量，以接力的方式經(jīng)過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通訊

22、效率非常高。.系統(tǒng)概述. 數(shù)字溫濕度傳感器SHT、SHT的構(gòu)造原理SHT是瑞士Sensirion公司消費的一款含有已校準數(shù)字信號輸出的高度集成數(shù)字式溫濕度傳感器，體積微小、功耗極低，由于采用了CMOSensR技術(shù)，從而可確保器件具有極高的可靠性與杰出的長期穩(wěn)定性。該傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件和一個用能隙資料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫銜接。消費過程中，每個傳感器芯片都在極為準確的濕度腔室中進展標定，以鏡面冷凝式濕度計為參照，校準系數(shù)以程序方式儲存在OTP內(nèi)存中，在標定的過程中運用。SHT傳感器的濕度丈量范圍為RH，濕度丈量精度為.RH到

23、RH，濕度丈量分辨率為.RH；溫度丈量范圍為-+.，溫度丈量精度為.時，溫度丈量分辨率為.。可實現(xiàn)寬范圍的溫濕度丈量。SHT默許的丈量分辨率分別是溫度位、濕度位，也可以經(jīng)過修正傳感器的位形狀存放器的“將分辨率分別降至位和位，通常在高速或最低位為超低功耗的運用中采用低分辨率。其中傳感器SHT的原理圖如圖-所示。圖- 傳感器SHT的原理圖、引腳闡明a.電源引腳VDD、GND SHT的供電電壓為.V.V。傳感器上電后，要等待ms，從“休眠形狀恢復。在此期間不發(fā)送任何指令。電源引腳VDD和GND之間可添加個nF的電容器，用于去耦濾波。b.串行接口 SHT的兩線串行接口bidirectional -wi

24、re在傳感器信號讀取和電源功耗方面都做了優(yōu)化處置，其總線類似IC總線但并不兼容。串行時鐘輸入SCK。SCK引腳是MCU與SHTIO之問通訊的同步時鐘，由于接口包含了全靜態(tài)邏輯，因此沒有最小時鐘頻率。即微控制器可以以恣意慢的速度與SHT通訊。串行數(shù)據(jù)DATA。DATA三態(tài)引腳是內(nèi)部的數(shù)據(jù)的輸出和外部數(shù)據(jù)的輸入引腳。DATA在SCK時鐘的下降沿之后改動形狀，并在SCK時鐘的上升沿有效。即微控制器可以在SCK的高電平段讀取有效數(shù)據(jù)。在微控制器向SHT傳輸數(shù)據(jù)的過程中，必需保證數(shù)據(jù)線在時鐘線的高電平段內(nèi)穩(wěn)定。為了防止信號沖突，微控制器僅將數(shù)據(jù)線拉低，在需求輸出高電平的時候，微控制器將引腳置為高阻態(tài)，由

25、外部的上拉電阻(例如; k)將信號拉至高電平。為防止數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，MCU應該驅(qū)動DATA使其處于低電平形狀，而外部接個上拉電阻將信號拉至高電平。、發(fā)送命令用一組“ 啟動傳輸時序，來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟Ｋǎ寒擲CK時鐘高電平常DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?，隨后是在SCK時鐘高電平常DATA翻轉(zhuǎn)為高電平。、丈量時序(RH和T)發(fā)布一組丈量命令表示相對濕度RH，表示溫度T后，控制器要等待丈量終了。這個過程需求大約/ms，分別對應/bit丈量。確切的時間隨內(nèi)部晶振速度，最多能夠有-%的變化。SHT經(jīng)過下拉DATA至低電平并進入空閑方式，表示丈量的終了。控制器在再次觸發(fā)SCK時鐘前

26、，必需等待這個“數(shù)據(jù)備妥信號來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)可以先被存儲，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它義務在需求時再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸個字節(jié)的丈量數(shù)據(jù)和個字節(jié)的CRC奇偶校驗。UC需求經(jīng)過下拉DATA為低電平，以確認每個字節(jié)。一切的數(shù)據(jù)從MSB開場，右值有效例如：對于bit數(shù)據(jù)，從第個SCK時鐘起算作MSB；而對于 bit數(shù)據(jù)，首字節(jié)那么無意義。用CRC數(shù)據(jù)確實認位，闡明通訊終了。假設不運用CRC-校驗，控制器可以在丈量值LSB后，經(jīng)過堅持確認位ack高電平，來中止通訊。在丈量和通訊終了后，SHT自動轉(zhuǎn)入休眠方式。警告：為保證本身溫升低于.，SHT的激活時間不要超越%例如，對應bit精度丈量，每秒最多進展次

27、丈量。. CC芯片、CC芯片簡介 CC芯片以強大的集成開發(fā)環(huán)境作為支持，內(nèi)部線路的交互式調(diào)試以服從IDE的IAR工業(yè)規(guī)范為支持，得到嵌入式機構(gòu)很高的認可。它結(jié)合Chipcon公司全球先進的ZigBee協(xié)議、工具包和參考設計，展現(xiàn)了領先的ZigBee處理方案。其產(chǎn)品廣泛運用于汽車、工控系統(tǒng)和無線感應網(wǎng)絡等領域，同時也適用于ZigBee之外.GHz頻率的其他設備。其引腳表示圖如圖-所示。 CC包含一個加強型工業(yè)規(guī)范的位微控制器內(nèi)核，運轉(zhuǎn)時鐘MHz。 CC包含一個DMA控制器。K字節(jié)靜態(tài)RAM，其中的K字節(jié)是超低功耗SRAM。K，K或K字節(jié)的片內(nèi)Flash塊提供在電路可編程非易失性存儲器。CC集成了

28、個振蕩器用于系統(tǒng)時鐘和定時操作：一個MHz晶體振蕩器，一個MHz RC-振蕩器，一個可選的.kHz晶體振蕩器和一個可選的.kHz RC 振蕩器。CC也集成了用于用戶自定義運用的外設。一個AES協(xié)處置器被集成在CC之中，用來支持IEEE . MAC 平安所需的位關(guān)鍵字AES的運轉(zhuǎn)，以盡能夠少的占用微控制器。中斷控制器為總共個中斷源提供效力，他們中的每個中斷都被賦予個中斷優(yōu)先級中的某一個。調(diào)試接口采用兩線串行接口，該接口被用于在電路調(diào)試和外部Flash編程。I/O控制器的職責是個普通I/O口的靈敏分配和可靠控制。圖- CC芯片引腳表示圖CC包括四個定時器：一個位MAC定時器，用以為IEEE .的C

29、SMA-CA算法提供定時以及為IEEE .的MAC層提供定時。一個普通的位和兩個位定時器，支持典型的定時/計數(shù)功能，例如，輸入捕捉、比較輸出和PWM功能。CC內(nèi)集成的其他外設有: 實時時鐘；上電復位；通道，位ADC；可編程看門狗；兩個可編程USART，用于主/從SPI或UART操作。為了更好的處置網(wǎng)絡和運用操作的帶寬，CC集成了大多數(shù)對定時要求嚴厲的一系列IEEE . MAC協(xié)議，以減細微控制器的負擔。這包括：自動前導幀發(fā)生器、同步字插入/檢測、CRC-校驗、CCA、信號強度檢測/數(shù)字RSSI、銜接質(zhì)量指示(LQI) 和CSMA/CA協(xié)處置器。、CC芯片的主要特點CC 芯片延用了以往CC 芯片

30、的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。它運用個位MCU，具有 KB可編程閃存和 KB 的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個定時器Timer、AES 協(xié)同處置器、看門狗定時器Watchdog timer、 kHz 晶振的休眠方式定時器、上電復位電路(Power On Reset)、掉電檢測電路(Brown out detection)，以及個可編程I/O引腳。CC 芯片采用.m CMOS 工藝消費,在接納和發(fā)射方式下，電流損耗分別低 于mA 或mA。CC 的休眠方式和轉(zhuǎn)換到自動方式的超短時間的特性，特別適宜那些要求電池壽命非常長的運用。.串行通訊接口

31、RS-、電氣特性RS-采用負邏輯在TxD和RxD上：邏輯(MARK)=一V邏輯(SPACE)=+VRS-的主要電氣特性為：帶k歐姆負載時驅(qū)動器的輸出電平：邏輯“：一 一V；邏輯“：+ +V。不帶負載時驅(qū)動器的輸出電平： 一+V。驅(qū)動器轉(zhuǎn)換速率：V，L 。接納器輸入阻抗：K歐姆之間。接納器輸入電壓的允許范圍：一 +V。最大負載電容：PF。、電平轉(zhuǎn)換RS-是用正負電壓來表示邏輯形狀，與vrL以高低電平表示邏輯形狀的規(guī)定不同。為了可以同計算機接口或終端的vrL器件銜接，必需在EIA-RS-與vrL電路之間進展電平和邏輯關(guān)系的變換。實現(xiàn)變換的方法目前較為廣泛地運用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC、SN芯片可完

32、成vrL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC、SN 可實現(xiàn)EIA電平到vrL電平的轉(zhuǎn)換，MAX芯片可完成vrL一IA雙向電平轉(zhuǎn)換。MAX芯片的轉(zhuǎn)換口，包含兩路驅(qū)動器和接納器的RS-轉(zhuǎn)換芯片。芯片內(nèi)部有一個電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+V電壓轉(zhuǎn)換為RS-接口所需的V電壓，最大的益處是任務電壓為+V，不需求額外電源。. 顯示模塊本系統(tǒng)中所需求顯示的內(nèi)容比較簡單，采用普通液晶顯示器即可滿足系統(tǒng)需求，綜合本錢及效果思索決議采用市場上運用廣泛的LCD液晶顯示模塊。如圖-所示。圖- LCD液晶顯示模塊原理圖 、特性：任務電源：V 亮度可調(diào)；內(nèi)部控制：HD；支持LCD的普通控制命令；字符發(fā)生器ROM：個點陣字型；顯示

33、數(shù)據(jù)存放RAM:Byte；用戶自定義字型RAM：個點陣字型；、引腳闡明VSSVDD: 任務電源和地；VEE: 輝度調(diào)理端；RS: 存放器片選信號接口；R/W: 讀寫信號控制接口；E : 使能信號；DD: 位數(shù)據(jù)I/O口。、控制方式LCD內(nèi)部可看成兩組存放器，指令存放器與數(shù)據(jù)存放器，選擇信號由RS引腳控制，RS=，指向指令存放器，此時的讀為讀標志位，寫那么是寫入指令到控制存放器。對LCD的一切操作都必需在內(nèi)部忙標志位為的情況下有效。確認本次操作置E為；RS=,操作指向數(shù)據(jù)存放器，讀寫的對象都是內(nèi)部RAM。在運用LCD之前應對其先初始化，可從以下幾個方面入手：選定LCD的顯示功能；設定LCD顯示方

34、式； 設定顯示字符的進入方式；清屏。. 報警模塊蜂鳴器是一種一體化構(gòu)造的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛運用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。簡單易懂，還易用音樂作為其報警聲音，所以選擇用電磁式蜂鳴器作為本次設計的報警系統(tǒng)。如圖-所示。電磁式蜂鳴器任務原理：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流經(jīng)過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的振動發(fā)聲。圖- 蜂鳴器報警電路 系統(tǒng)軟硬件的設計 早期對蔬菜大棚內(nèi)溫濕度的監(jiān)控是采用手工控制的，經(jīng)過長期的

35、閱歷積累，對蔬菜大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長情況的記錄等構(gòu)成的根據(jù)，直接對大棚的溫濕度進展調(diào)理以使給大棚里的作物一個適宜生長的環(huán)境。而基于Zigbee網(wǎng)絡的蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)可以節(jié)省一定的人力資源，將搜集到的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設置的上下限進展對比，將準確的進展報警，通知相關(guān)人員進展處置。相比于人工管理階段，本系一致定程度上提高了消費效率。. 系統(tǒng)硬件設計. Zigbee節(jié)點硬件設計ZigBee節(jié)點硬件構(gòu)造如圖-示，主要由CC射頻芯片和傳感器構(gòu)成。 圖- ZigBee節(jié)點硬件構(gòu)造CC芯片整合了高性能. GHz DSSS直接序列擴頻射頻收發(fā)器內(nèi)核和工業(yè)規(guī)范的加強型 MCU，還包括了 KB的SDRAM、 KB的Flas

36、h，是一種片上系統(tǒng)SOC處理方案。將相應的傳感器與CC的IO引腳銜接，可測得所需的溫室環(huán)境參數(shù)，并經(jīng)過ZigBee無線網(wǎng)絡進展傳輸。本文總體硬件設計是實現(xiàn)針對主協(xié)調(diào)器節(jié)點的設計與開發(fā)。主協(xié)調(diào)器的硬件系統(tǒng)中包括CC通訊模塊、鍵盤電路模塊、串口轉(zhuǎn)USB模塊、液晶顯示模和電源電路模塊等。主協(xié)調(diào)器節(jié)點的主要功能是擔任接納和存儲傳感器節(jié)點發(fā)送來的音訊，并向傳感器節(jié)點發(fā)布網(wǎng)絡控制信息，同時與Pc機進展數(shù)據(jù)交換。其中串口轉(zhuǎn)USB模塊擔任轉(zhuǎn)換CC模塊與PC機的通訊信號；液晶顯示模塊擔任節(jié)點任務形狀的指示；電源模塊通常采用繼續(xù)電力供電，為主協(xié)調(diào)器節(jié)點提供運轉(zhuǎn)所需的能量。根據(jù)氣候采集系統(tǒng)的需求設計硬件構(gòu)造，并設計

37、各部分電路，包括無線傳輸模塊、CC接口模塊、復位電路模塊、電源電路模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、擴展電路模塊及外圍電路。如圖-所示為主協(xié)調(diào)器節(jié)點硬件組成圖。LCD模塊通用接口CC天線鍵盤電路A/D轉(zhuǎn)換復位電路MCU存儲器串口轉(zhuǎn)USB電源管理PC 圖- 主協(xié)調(diào)器節(jié)點硬件組成圖. 傳感器節(jié)點硬件設計傳感器節(jié)點是由無線收發(fā)器CC、射頻天線RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。由于CC芯片本身帶有溫度傳感器，因此本實驗直接采用了CC的內(nèi)置溫度傳感器監(jiān)測溫度。但是該溫度傳感器的精度有限，假設要求更高的精度，可以擴展出一個溫濕度傳感器，如SHT。傳感器終端設備由RF收發(fā)模塊、傳感器模塊和執(zhí)行器驅(qū)動模塊組成。其中執(zhí)

38、行器驅(qū)動模塊主要是由繼電器電路組成，而傳感器模塊由數(shù)字溫度傳感器DSB、數(shù)字濕度傳感器SHT、微型數(shù)字二氧化碳傳感器S-及TSLB光照強度頻率傳感芯片組成，而RF收發(fā)模塊運用的是TI公司提供的CC無線收發(fā)模塊，詳細電路原理如圖-所示。圖- 基于CC芯片的RF收發(fā)模塊電路圖下面對每個部分的功能和目的進展詳細引見：()信息搜集終端：即協(xié)調(diào)器，放置于監(jiān)控室， 完成網(wǎng)絡的建立與維護，和節(jié)點之間綁定的建立，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總，然后以有線的方式傳送到上位機軟件，進展進一步數(shù)據(jù)處置。本設計采用RS-串口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。()溫度采集終端：即節(jié)點，放置在需求采集溫度的地方。溫度采集終端可以實現(xiàn)網(wǎng)絡的參與

39、、與協(xié)調(diào)器綁定的建立、溫度的檢測。檢測到的溫度經(jīng)過ZigBee無線網(wǎng)絡發(fā)送到協(xié)調(diào)器。()上位機：位于監(jiān)控室，完成對所采集溫度的匯總與顯示。采集到的數(shù)據(jù)實時保管到文檔中，同時以折線圖的方式實時反映出溫度的變化趨勢，使其更為直觀。. 溫濕度數(shù)據(jù)采集節(jié)點設計數(shù)據(jù)采集節(jié)點按功能模塊劃分可分為：無線通訊模塊和溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊。無線通訊模塊CC是一塊符合IEEE.規(guī)范的片上Zigbee芯片。它的無線通訊模塊的根底是數(shù)據(jù)采集節(jié)點之間是采用點對點的通訊方式。其數(shù)據(jù)采集的流程圖如圖-所示：圖- 數(shù)據(jù)采集節(jié)點流程圖在系統(tǒng)啟動，數(shù)據(jù)采集節(jié)點開啟后，并完成初始化任務后，節(jié)點將開場搜索其無線范圍內(nèi)的網(wǎng)絡信息。由于Zi

40、bgee網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點具有路由轉(zhuǎn)發(fā)的功能，所以節(jié)點之間也可以互發(fā)數(shù)據(jù)，直至將源數(shù)據(jù)發(fā)送到最終的基站節(jié)點。() 溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊溫濕度采集模塊式采用溫濕度傳感器SHT。SHT是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，采用CMOSens專利技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)字接口無縫結(jié)合。SHT與CC銜接電路原理圖如圖-所示：圖- CC與SHT銜接電路原理圖該傳感器由個能隙式測溫元件、個電容式聚合體測濕元件、個位A/D轉(zhuǎn)換器和個-wire數(shù)字接口組成，使得該產(chǎn)品具有體積小、精度高、功耗低、反響快、抗干擾才干強等優(yōu)點。而且SHT 數(shù)字式傳感器具有類似IC總線數(shù)字接口的通訊方式與CRC數(shù)據(jù)傳

41、輸校驗。數(shù)據(jù)采集節(jié)點在上電后，經(jīng)過ms后，SHT會從休眠形狀恢復到等待形狀；接著發(fā)送一組“傳輸啟動時序進展數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟蝿?然后發(fā)送一組丈量命令其中相對濕度RH量的時序命令為“ ，攝氏溫度T量的時序命令為“ 開場丈量周圍的溫濕度量，等待丈量終了大約需求/ms對應其/位的時間；最后SHT將下拉DATA到低電平進入空閑方式表示丈量終了了，并傳入一個字節(jié)的CRC校驗并開場接納數(shù)據(jù)。圖-為溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊流程圖。 圖- 溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊流程圖 其中產(chǎn)生啟動傳輸時序的程序片段如下：/相關(guān)其他的代碼P_=；P_=；wait()；P_=；wait()；P_=；wait()；P_=；wait()；P_

42、=；wait()；P_=；/其他相關(guān)代碼. 基站節(jié)點的設計. ZigBee技術(shù)概述ZigBee是一種新型的短間隔 、低本錢、低功耗、低數(shù)據(jù)速率和低復雜度的無線通訊技術(shù)。ZigBee的名字來源于蜂群運用的賴以生存和開展的通訊方式，蜜蜂經(jīng)過跳ZigZag外形的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、間隔 和方向等信息。借此來寓意ZigBee的特點。ZigBee是一種新興的短間隔 、低速率的無線通訊網(wǎng)絡技術(shù)。它有本人的協(xié)議規(guī)范，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通訊。這些傳感器只需求很少的能量，以接力的方式經(jīng)過無線電波將數(shù)據(jù)從 一個傳感器傳到另一個傳感器，所以通訊效率非常高。IEEE于年月成立了.小組，擔

43、任制定了介質(zhì)接入控制層(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范，于年月經(jīng)過IEEE.規(guī)范，這是ZigBee技術(shù)的根底規(guī)范，被稱作為IEEE.(ZigBee)技術(shù)規(guī)范。ZigBee 聯(lián)盟成立于年月，由英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉(現(xiàn)Freescale)公司以及荷蘭飛利浦半導體公司組成。四大巨頭共同宣布加盟ZigBee聯(lián)盟，擔任提供網(wǎng)絡層和運用層的框架設計，并研發(fā)名為ZigBee的下一代無線通訊規(guī)范。ZigBee技術(shù)符合行業(yè)規(guī)范，它提供互操作性，從而使不同廠商之間的設備可以相互進展通訊，并為系統(tǒng)集成商和客戶提供靈敏的購買選擇，還可以降低原始設備廠商(OEM)的本錢。目前世界大型

44、IT 公 司不斷推出本人的ZigBee處理方案，比較著名的有Freescale公司、Microchip公司、Chipcon公司如今TI的子公司等。美國和歐洲引領了ZigBee技術(shù)的開展前沿，韓國、日本也紛紛研制出ZigBee 的相關(guān)開發(fā)套件和處理方案。國內(nèi)也有很多著名的研討所和知名院校也參與到該領域的研討任務中來，其中寧波研討所己經(jīng)研制出.GHz的ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點，一些公司和研討機構(gòu)也紛紛推出本人的ZigBee開發(fā)套件，可以估計，在未來的幾年里，ZigBee 技術(shù)將是通訊領域研討和開發(fā)的熱點技術(shù)，具有寬廣的運用前景。. ZigBee技術(shù)可以彌補其它短間隔 無線通訊技術(shù)的缺陷，它具有以下的優(yōu)

45、點：()數(shù)據(jù)傳輸速率低。ZigBee技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，普通在kb/skb/s，非常適宜于于低傳輸速率運用。()功耗低。由于任務周期很短，收發(fā)信息功耗較低，并且采用了休眠方式，因此在通常情況下，兩節(jié)普通號干電池支持節(jié)點任務長達個月到年左右的時間，從而防止充電和頻繁改換電池。這是ZigBee技術(shù)最引以為豪的獨特優(yōu)勢。()協(xié)議簡單。()低本錢。由于ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單和較小的存儲空間，所以大大降低了本錢。每片芯片的價錢普通在 美圓，并且ZigBee協(xié)議是免專利費的。()網(wǎng)絡容量大。一個ZigBee網(wǎng)絡可以包容最多個從設備和一個主設備，一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多 個ZigBee網(wǎng)絡。

46、()任務頻段靈敏。ZigBee運用的頻段分別為.GHz、MHz歐洲、MHz美國，均為免執(zhí)照頻段，這樣也降低了本錢。()傳輸可靠性高。ZigBee采用了CSMA-CA碰撞防止機制，同時為需求固定帶寬的通訊業(yè)務預留了公用時隙，防止了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。MAC層采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必需等待接納方確實認信息，才可以發(fā)送下一個數(shù)據(jù)包，這樣有效的保證了傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。()平安性高。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完好性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES-，同時各個運用可以靈敏確定其平安屬性。()時延短。針對時延敏感的運用做了優(yōu)化，通訊時延和從休眠形狀激活的時延都非常短。設備搜索時延典

47、型值為ms，休眠激活時延典型值是ms，活動設備信道接入時延為ms，這對某些時間敏感的信息至關(guān)重要，而且時延縮短后節(jié)省了能量耗費。()網(wǎng)絡的自組織、自愈才干強。ZigBee的自組織功能指無需人工干涉，網(wǎng)絡節(jié)點可以感知其他節(jié)點的存在，并確定銜接關(guān)系，組成構(gòu)造化的網(wǎng)絡；ZigBee自愈功能指可以添加、刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)生變動或節(jié)點發(fā)生缺點時，網(wǎng)絡都可以自我修復，并對網(wǎng)絡拓撲構(gòu)造進展相應地調(diào)整，無需人工干涉，保證整個系統(tǒng)依然能正常任務；ZigBee技術(shù)的傳輸速率雖然只需kbps，但完全可以滿足傳輸撓度數(shù)據(jù)的需求。ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡銜接設備相對于其它短間隔 無線通訊技術(shù)來說是最多的，傳輸間隔

48、較遠并且費用、功耗最低，因此將ZigBee無線通訊技術(shù)運用于組建橋梁撓度無線傳感器網(wǎng)絡中。. ZigBee網(wǎng)絡配置 ZigBee設備功能類型ZigBee網(wǎng)絡的根本成員即“設備，按照功能的不同可分為兩類：全功能設備FFD(Full Function Device)和精簡功能設備RFD(Reduced Funetion Deviee)。全功能設備(FFD)是具有轉(zhuǎn)發(fā)與路由才干的節(jié)點。它擁有足夠的存儲空間來存放路由信息，其處置控制才干也相對較強。FFD可作為協(xié)調(diào)器、路由器和終端設備，支持任何拓撲構(gòu)造。精簡功能設備(RFD)只能接納和發(fā)送信號，其內(nèi)存小、功耗低、功能簡約，在網(wǎng)絡中只能作為終端設備運用。

49、FFD可以和FFD、RFD通訊；而RFD只能和FFD通訊，RFD 之間的通訊只能經(jīng)過FFD轉(zhuǎn)發(fā)。FFD不僅可以發(fā)送和接納數(shù)據(jù)，還具備路由器的功能。RFD的運用相對簡單，例如在無線傳感器網(wǎng)絡中，它們只擔任將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給其父節(jié)點，并不具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護等功能。就本錢而言，RFD由于功能簡單、存儲容量小，因此RFD相對于FFD具有較低的本錢。ZigBee設備節(jié)點類型ZigBee網(wǎng)絡中根據(jù)設備所處的角色不同定義了三種邏輯設備類型：協(xié)調(diào)器 (Coordinator)、路由器(Router)和終端設備(End Device)。a、ZigBee 協(xié)調(diào)器是三類設備中最為復雜的一種。它的存儲容

50、量最大、計算才干最強，因此必需是全功能設備FFD，并且一個ZigBee 網(wǎng)絡PAN(Personal Area Network)中也只能存在一個協(xié)調(diào)器。ZigBee 協(xié)調(diào)器在運轉(zhuǎn)之前需求配置相關(guān)的網(wǎng)絡參數(shù)和設備參數(shù)，供后面運用。上電后ZigBee協(xié)調(diào)器進展初始化，首先掃描信道，選擇適宜的信道，然后建立起本人的網(wǎng)絡，允許其它設備參與網(wǎng)絡。任務形狀下，ZigBee協(xié)調(diào)器不但要發(fā)送和接納數(shù)據(jù)，而且還需求管理網(wǎng)絡中設備的參與和分開，建立不同設備之間的相關(guān)綁定信息，并處置各種設備和效力查詢懇求。b、ZigBee路由器也是一個全功能設備FFD。它類似于IEEE. 定義的協(xié)調(diào)器。ZigBee路由器上電后，該

51、當參與或重新參與網(wǎng)絡。假設是參與新網(wǎng)絡，它需求掃描信道，選擇適宜的網(wǎng)絡參與；假設是重新參與網(wǎng)絡，它需求掃描信道查找父設備。在參與網(wǎng)絡后它就自動獲得一個位網(wǎng)絡地址，并允許在其通訊范圍內(nèi)的其它節(jié)點參與或分開網(wǎng)絡，同時還具有路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的功能，路由節(jié)點只需在簇樹網(wǎng)絡和網(wǎng)狀網(wǎng)絡中存在。c、ZigBee終端設備可以由簡化功能設備RFD或者全功能設備FFD構(gòu)成。其主要擔任與實踐的監(jiān)控對象相連，這種設備只與本人的父節(jié)點自動通訊，并從父節(jié)點處獲得網(wǎng)絡標識和短地址信息，詳細的信息路由那么全部由其父節(jié)點及網(wǎng)絡中具有路由功能的協(xié)調(diào)器和路由節(jié)點完成。、ZigBee的任務方式ZigBee網(wǎng)絡的任務方式可以分為信標(B

52、eacon)方式和非信標(Non-beacon)方式兩種。信標方式可以實現(xiàn)網(wǎng)絡中一切設備的同步任務和同步休眠，以到達最大限制地節(jié)省功耗，而非信標方式只允許ZE進展周期性休眠，協(xié)調(diào)器和一切路由器設備長期處于任務形狀。、IEEE.規(guī)范和Zigbee協(xié)議引見IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers美國電氣和電子工程師協(xié)會)無線個人區(qū)域網(wǎng)任務組的IEEE.技術(shù)規(guī)范是Zigbee的技術(shù)根底。IEEE.規(guī)范的制定是為低能耗的簡單設備提供有效覆蓋范圍在m之內(nèi)的低速銜接，用于無線監(jiān)測、工業(yè)控制等消費與商用運用領域。IEEE.支持兩種的網(wǎng)絡拓撲

53、構(gòu)造，即單跳星狀或當通訊線路超越 m時的多跳對等拓撲。但是對等拓撲的邏輯構(gòu)造由網(wǎng)絡層定義。LR-WPAN中的器件既可以運用位IEEE地址，也可以運用在關(guān)聯(lián)過程中指配的位短地址。一個IEEE.網(wǎng)最多可以包容個器件。IEEE.規(guī)范最重要的特點是低功耗。由于在現(xiàn)實中用電池供電的嵌入式器件，經(jīng)常的改換電池所產(chǎn)生的費用往往比器件本身的本錢還要高。所以在IEEE.規(guī)范的制定中，在數(shù)據(jù)傳輸過程中引入了節(jié)省功率的機制。多數(shù)機制是基于信標使能的方式，主要是限制器件或協(xié)調(diào)器之收發(fā)信機的開通時間，或者在無數(shù)據(jù)傳輸時使它們處于休眠形狀用設備的功耗量。IEEE.規(guī)范里有三種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式從而突出了低功耗的特點：間接

54、數(shù)據(jù)傳輸、直接數(shù)據(jù)傳輸和有時隙保證的數(shù)據(jù)傳輸。Zigbee網(wǎng)絡是一種高可靠性的無線數(shù)字傳輸網(wǎng)絡，它可任務在三種流行的免費頻段上(如全球流行的.GHz、美國流行的 MHz 和歐洲流行的MHz)。其傳輸速率分別可以到達kbit/s、kbit/s和kbit/s。Zigbee是一組基于IEEE同意經(jīng)過的IEEE.無線規(guī)范研制開發(fā)的組網(wǎng)、平安和運用軟件方面的技術(shù)規(guī)范。并由Zigbee Alliance和IEEE .小組共同制定了Zigbee技術(shù)規(guī)范。Zigbee棧體系構(gòu)造由一組稱為層的塊兒組成。每個層為上層執(zhí)行指定一套效力：數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸效力，管理實體提供一切其它效力。每個效力實體經(jīng)過一個效力接入

55、點SAP為上層提供一個接口，每個SAP支持一些效力原語來完成必需的功能。Zigbee網(wǎng)絡層NWK支持星形、樹狀形和網(wǎng)狀拓撲構(gòu)造三種構(gòu)造。在星狀形的拓撲構(gòu)造里，整個網(wǎng)絡是由一個獨立的通訊設備Zigbee協(xié)調(diào)器來進展控制。Zigbee協(xié)調(diào)器的功能主要是擔任對已連入網(wǎng)絡中的節(jié)點進展控制和維護。在樹狀形拓撲和網(wǎng)狀拓撲構(gòu)造里，Zigbee協(xié)調(diào)器得功能主要是對已建立的網(wǎng)絡中的一些參數(shù)進展選擇、確定和設置等。ZigBee網(wǎng)絡的組建主要是為工業(yè)化的現(xiàn)場實現(xiàn)自動化控制時對數(shù)據(jù)的傳輸。它的協(xié)議規(guī)范使得設備功耗低、任務可靠、任務平安、構(gòu)造簡單、價錢低廉、運用方便等特點。而挪動通訊網(wǎng)的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)主要是為用戶

56、的語音的通訊而建立的，其單個基站的費用普通都在百萬元以上，而Zigbee協(xié)議中的每個Zigbee的基站價值卻不到人民幣元?；谝陨蠈igbee節(jié)點的分析，因此，我選擇運用ZigBee中CC芯片作為本論文中的基站節(jié)點來運用。. 系統(tǒng)軟件設計. Zigbee網(wǎng)絡軟件設計傳感器網(wǎng)絡軟件設計的主要義務是無線網(wǎng)絡的組網(wǎng)、傳感器任務的控制以及數(shù)據(jù)的采集與收發(fā)。傳感器節(jié)點主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與定時發(fā)送；路由節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；會聚節(jié)點一方面擔任網(wǎng)絡配置與管理，包括定義通訊信道、網(wǎng)絡標識符PANID，配置網(wǎng)絡的Profile,呼應節(jié)點參與網(wǎng)絡的懇求和綁定懇求，為其他節(jié)點分配網(wǎng)絡地址等。另一方面還接納各傳感器節(jié)

57、點發(fā)來的數(shù)據(jù)，將其進展會聚后經(jīng)過RS-串口傳給PC機終端。 首先上電初始化整個系統(tǒng)，啟動協(xié)調(diào)器建立一個新的網(wǎng)絡，路由節(jié)點和傳感器節(jié)點尋覓并參與網(wǎng)絡，協(xié)調(diào)器即可與終端節(jié)點進展綁定。綁定完成后傳感器節(jié)點即可采集數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)，搜集節(jié)點擔任接納數(shù)據(jù)，并經(jīng)過RS 傳至PC顯示。路由節(jié)點的流程根本與協(xié)調(diào)器類似，只是它將接納的信息再轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器。. 傳感器終端軟件設計在本系統(tǒng)網(wǎng)絡中，每個終端設備都具有一個固定地址，且該地址對應溫室大棚中不同的區(qū)域。該設備擔任將本區(qū)域內(nèi)所測得的原始數(shù)據(jù)發(fā)送至中央控制設備，并在接受中央控制設備的控制命令后，驅(qū)動相應設備執(zhí)行該命令，其任務流程如圖-所示。 圖- 傳感器終端設備流

58、程圖. 效力端的設計和實現(xiàn)效力端主要是經(jīng)過串口線從基站獲取到各個傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點傳輸過來的溫濕度數(shù)據(jù)，并存儲在效力端的數(shù)據(jù)庫上，接著將每條數(shù)據(jù)經(jīng)過SIM的GPRS功能將其發(fā)送到遠程主機上。效力端程序也是由MFC來完成其界面的。經(jīng)過串口的呼應來接納溫濕度數(shù)據(jù)，接著讀取效力端的系統(tǒng)時間，并解碼溫濕度數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)解碼得到的數(shù)據(jù)將其繼續(xù)編碼最后經(jīng)過GPRS發(fā)送到遠程主機端上；接著將已重新編碼的數(shù)據(jù)經(jīng)過GPRS的AT指令發(fā)往SIM模塊，經(jīng)過GPRS網(wǎng)絡往遠程主機端上發(fā)送；最后將收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的代碼組織將其寫入數(shù)據(jù)庫。. 遠程主機端的設計和實現(xiàn)遠程主機端主要是擔任從基站接納數(shù)據(jù)，并解析、取舍、解

59、碼溫濕度數(shù)據(jù)，然后將接納時間、節(jié)點號、溫濕度的值都存儲在主機的數(shù)據(jù)庫中，從而為運用軟件提供效力。效力器端的運用軟件設計有用戶操作界面和數(shù)據(jù)庫存儲設計。它主要實現(xiàn)以下幾個方面的功能：、用戶登錄：該功能模塊是在翻開運用軟件時必需求求用戶執(zhí)行的一個操作。、溫濕度數(shù)據(jù)顯示：這里將實時的顯示從基站傳過來的溫濕度數(shù)據(jù)，讓用戶直觀的看到大棚什么時候、哪個節(jié)點(哪里)的溫濕度數(shù)據(jù)。另外在收到正確的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)將會將這些數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)庫中保管起來。、報警功能：系統(tǒng)應該處置大棚中溫濕度超標時的情況，所以運用軟件在操作界面應該有該功能。為了減少由于偶爾要素引起的誤報警，在某個節(jié)點在溫濕度延續(xù)搜集次的值都超越臨界值，那么系統(tǒng)將給予報警。而報警的處置方式就是在界面上構(gòu)成視覺的反差從而引起用戶的留意。、歷史數(shù)據(jù)的查詢：這個是為了方便用戶查看歷史數(shù)據(jù)而設定的功能。它包括歷史數(shù)據(jù)以圖表和曲線圖的方式展現(xiàn)給用戶。、數(shù)據(jù)的刪除：該功能主要是為了在節(jié)點位置、信息更新時所進展的操作，從而保證數(shù)據(jù)的正確性。、用戶操作：該功能主要是