【正文】 ..................................... 20 TinyOS 操作系統(tǒng)的移植 ............................................................................................ 21 TinyOS 簡介 ..................................................................................................... 21 TinyOS 的移植 ................................................................................................. 21 節(jié)點的低功耗設計 .................................................................................................... 22 低功耗電源設計 .............................................................................................. 22 無線系統(tǒng)低能耗解決方案 .............................................................................. 23 通信模塊的低功耗設計 .................................................................................. 23 節(jié)點的軟件設計 ........................................................................................................ 24 4 溫室大棚無線監(jiān)測系統(tǒng)的設計 .......................................................................................... 26 溫室無線監(jiān)測系統(tǒng)整體框架 .................................................................................... 26 硬件實現(xiàn) .................................................................................................................... 26 無線采集節(jié)點硬件設計 .................................................................................. 26 網(wǎng)關協(xié)調(diào)器設計 .............................................................................................. 27 軟件實現(xiàn) ..................................................................................................................... 28 無線采集節(jié)點的程序 ...................................................................................... 28 網(wǎng)關協(xié)調(diào)器的程序 .......................................................................................... 28 監(jiān)控中心 .......................................................................................................... 29 實驗測試 .................................................................................................................... 29 5 存在的問題及發(fā)展方向 ...................................................................................................... 30 存在的問題 ................................................................................................................ 30 發(fā)展方向 .................................................................................................................... 30 總結 .......................................................................................................................................... 32 致謝 .......................................................................................................................................... 33 參考文獻 .................................................................................................................................. 34 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 5 頁 1 緒論 課題目的及意義 我國是世界上設施栽培面積最大的國家，而且近幾年來，國產(chǎn)連棟溫室每年以新增100～ 150公頃的面積快速發(fā)展 [1]。引導溫室用戶根據(jù)作物的要求進行環(huán)境因子的調(diào)節(jié)以獲得作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，是溫室環(huán)境因子調(diào)控決策支持系統(tǒng)的主要目標和方向 [2]。然而，目前的溫室測控系統(tǒng)大多采用有線布網(wǎng)、人工測量，導致現(xiàn)場安裝困難，工作效率偏低，測量精度差，這不僅大大增加了電氣工程施工費用，也導致施肥等工作困難。此外，系統(tǒng)中的每個監(jiān)控點沒有自組織功能和自愈能力，維護工作量大，也不利于系統(tǒng)升級，且隨著溫室規(guī)模的日益擴大和溫室環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸距離的增加，這些問題愈加明顯。 因此，為了實現(xiàn)溫室農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和高效，開發(fā)和研制一種新型的溫室環(huán)境測控系統(tǒng)是十分必要的。 為了克服有線控制的這些缺點，近幾年來，無線技術在溫室中的應用得到了人們極大的關注?，F(xiàn)有資料表明， 20xx 年，國內(nèi)最早將無線通信技術應用于溫室環(huán)境的監(jiān)測和控制系統(tǒng) [3]，此后的幾年內(nèi)相關的研究都基本上處于探索階段，且大多數(shù)局限于短距離的通信 [46]。近三年來，越來越多的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)集成了各種先進的通信技術解決方案，建立了高效的管理系統(tǒng)，使得溫室環(huán)境參數(shù)的遠程監(jiān)測和控制成為可能 [79]。 分析無線通信技術在現(xiàn)代溫室中的應用情況和主要存在的問題對于推進我國的室溫監(jiān)測技術發(fā)展具有很大的現(xiàn)實意義。 隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的高速發(fā)展， 溫室大棚的不斷擴大，對溫室農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量提出了越來越高的要求。而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中， 有許多因素影響著農(nóng)作物的生長和產(chǎn)量，比如，環(huán)境溫度、濕度、 CO2濃度、土壤 PH 值及光照強度等，然而由于 溫室大棚的分散性、區(qū)域化較強，給環(huán)境數(shù)據(jù)采集帶來了 很大 的不便。因此，本文參考國內(nèi)外已有的研究成果，分析 了一套基于 ZigBee 和 GPRS 網(wǎng)絡的溫室大棚無線監(jiān)測系統(tǒng)，滿足了遠距離條件下溫室環(huán)境信息監(jiān)測的需要，采用該套系統(tǒng)可以監(jiān) 測到溫室內(nèi)的各項環(huán)境參數(shù)， 然后對農(nóng)作物的生長進行動態(tài)分析，以便指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動來提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值 [10]。 從而實現(xiàn)溫室信息采集自動部署、自組織傳輸和智能控制、改善溫室等設施內(nèi)工作環(huán)境和 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 6 頁 工作條件 、提高工作效率、保障農(nóng)民身體健康、提高農(nóng)民生活質(zhì)量，有助于解決 “ 三農(nóng) ”問題，對實現(xiàn)溫室作物生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 我國溫室監(jiān)控系統(tǒng)研究狀況 我國是一個歷史悠久的農(nóng)業(yè)大國，早在兩千多年前就有蔬菜、花卉的溫室栽培?？梢娢覈臏厥耶a(chǎn)業(yè)源遠流長。 20 世紀 30 年代，我國遼寧南部和北京地區(qū)就己經(jīng)開始在冬季利用不進行人工加熱的 “日光溫室 ”生產(chǎn)新鮮蔬菜。但限于當時的技術水平，嚴冬季節(jié)這種溫室內(nèi)的光、熱環(huán)境只能維持耐寒性強的野菜類和蔥蒜類蔬菜生長，而不能生產(chǎn)喜溫的黃瓜、番茄等果菜。 20 世紀 80 年代中期，人們開 始對原有的日光溫室，如建筑結構、環(huán)境調(diào)控技術和栽培技術進行了全面的改進，在完全不加熱或僅有極少量加熱的條件下，在嚴冬生產(chǎn)喜溫果菜。其中遼寧省農(nóng)民創(chuàng)建的海城日光溫室和瓦房店日光溫室是我國設施蔬菜栽培史上的重大突破，但產(chǎn)量相對較低。 我國的溫室栽培管理一直主要靠人工根據(jù)經(jīng)驗進行，直到 20 世紀 70 年代從國外引進了設施環(huán)境控制設備與手段都很先進的溫室設施，一方面由于現(xiàn)代化溫室在我國能源消耗太大，國情國力難以承受；另一方面，溫室生產(chǎn)是一個復雜的過程，是硬件設施和軟件技術的統(tǒng)一體，而我們?nèi)狈ο鄳墓芾砣瞬?；再者，由于?域、水土、氣候，乃至資源的差異，引進的國外系統(tǒng)并不完全適合于我國國情，引進的設備并沒能充分發(fā)揮其作用，且成本高、維護困難，而且引進的國外系統(tǒng)一般都不具備數(shù)據(jù)存儲功能，無法與管理系統(tǒng)聯(lián)系，以至于這些巨資引進的設施基本上虧損經(jīng)營。 上世紀 80 年代末 90 年代初，在引進、吸收、消化的基礎上，我國有關科研、教學單位圍繞著主要蔬菜的環(huán)境控制問題展開了試驗研究，取得了一定成效。特別是 “九五 ”期間，國家科技部提出的工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程推動了我國溫室監(jiān)控技術的發(fā)展，生產(chǎn)出一批具有我國知識產(chǎn)權的控制系統(tǒng)。但總體來講，我國設施 農(nóng)業(yè)中環(huán)境控制能力低，自動化程度十分落后，抵御自然災害能力差。 目前，我國溫室自動控制研究有兩個方向，一是由江蘇理工大學李萍萍、毛罕平等人自行研制的智能環(huán)境控制系統(tǒng)，它采用工業(yè)控制計算機作為溫室控制系統(tǒng)的核心，如圖 所示。該系統(tǒng)為多變量輸入輸出控制系統(tǒng)，通過傳感器檢測溫室中各環(huán)境參數(shù)，得到模擬輸出量，經(jīng)相應變送器轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，在自編軟件支持下，經(jīng)接口板采集數(shù)據(jù)，計算機進行處理分析將輸入量與設定量比較后，輸出開關量，通過驅(qū)動電路控制各 黃河科技學院畢業(yè)設計說明書 第 7 頁 執(zhí)行機構 [11]。二是由中國農(nóng)業(yè)大學電子電力工程學院設計的華北型連棟溫 室自動控制系統(tǒng)，采用以單片機為主對溫室環(huán)境進行自動監(jiān)測與控制。單片機與計算機通過友好的人機接口界面觀測與遙控溫室內(nèi)環(huán)境狀況，系統(tǒng)可實現(xiàn)實時采集溫室內(nèi)、外溫度、濕度、光照、土壤溫度等環(huán)境參數(shù)值，并進行顯示與存儲。 在溫室因素控制方面，我國的溫室監(jiān)控系統(tǒng)還停留在單因子控制階段。如范云翔等研制開發(fā)的智能噴水控制器，能根據(jù)環(huán)境的變化，自動調(diào)整噴水量，吉林大學于海業(yè)等研究的溫室環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)，做到了溫室內(nèi)溫度、濕度的自動檢測，并建立了一個溫室操作的專家系統(tǒng)，但沒有定型產(chǎn)品，沒有形成產(chǎn)業(yè)化機構。現(xiàn)在也有專家進行多因子綜合因素的大系統(tǒng)控制研究，這將代表我國溫室監(jiān)控系統(tǒng)今后研究的方向 [12]。 圖 一種溫室監(jiān)控系統(tǒng)模型 無線通信技術的發(fā)展狀況 無線通信技術由無線終端、無線基站、應用管理服務器三部分組成。如果按照傳輸距離可以將其分為基于 的無線局域網(wǎng) (WLAN)、基于 的無線城域網(wǎng) (WMAN)、基于 的無線廣域網(wǎng) (WWAN)、和基于 的無線個域網(wǎng) (WPAN)四種類型。無線通技術按照不同的 要求可劃分為不同的類型。例如可以按照移動性將其劃分為固定接入式和移動接入式；按照帶寬可以分為寬帶和窄帶兩種無線接入；按照傳輸距離則又可以分為長距離無線接入和短距離無線接入等 [13]。 隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，人們要求信息化開創(chuàng)新的工作方式、 管理 方式、商貿(mào)方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、醫(yī)療保健方式以及消費與生活方式。無線通信也從固定方式發(fā)展為移動方式，移動通信發(fā)