【正文】 效果很好,應(yīng)用前景比較廣闊。由于采用納米材料制作的傳感器,具有龐大的界面,能提供大量的氣體通道,而且導(dǎo)通電阻很小,有利于傳感器向微型化發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步將有更多的新型材料誕生新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。 新工藝在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發(fā)展新興傳感器聯(lián)系特別密切的微細(xì)加工技術(shù)。該技術(shù)又稱微機(jī)械加工技術(shù)，是近年來隨著集成電路工藝發(fā)展起來的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學(xué)刻蝕等用于微電子加工的技術(shù)，目前已越來越多地用于傳感器領(lǐng)域，例如濺射、蒸鍍、等離子體刻蝕、化學(xué)氣體淀積(CVD)、外延、擴(kuò)散、腐蝕、光刻等，迄今已有大量采用上述工藝制成的傳感器的國內(nèi)外報(bào)道。 智能材料智能材料是指設(shè)計(jì)和控制材料的物理、化學(xué)、機(jī)械、電學(xué)等參數(shù)，研制出生物體材料所具有的特性或者優(yōu)于生物體材料性能的人造材料。有人認(rèn)為，具有下述功能的材料可稱之為智能材料：具備對環(huán)境的判斷可自適應(yīng)功能；具備自診斷功能；具備自修復(fù)功能；具備自增強(qiáng)功能(或稱時(shí)基功能)。 生物體材料的最突出特點(diǎn)是具有時(shí)基功能，因此這種傳感器特性是微分型的，它對變分部分比較敏感。反之，長期處于某一環(huán)境并習(xí)慣了此環(huán)境，則靈敏度下降。一般說來，它能適應(yīng)環(huán)境調(diào)節(jié)其靈敏度。除了生物體材料外，最引人注目的智能材料是形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶聚合物。 智能材料的探索工作剛剛開始，相信不久的將來會有很大的發(fā)展新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平 Visual Basic開發(fā)圖形用戶界面 (GUI) 的方法。不需編寫大量代碼去描述界面元素的外觀和位置，而只要把預(yù)先建立的對象add到屏幕上的一點(diǎn)即可。如果已使用過諸如 Paint 之類的繪圖程序，則實(shí)際上已掌握了創(chuàng)建用戶界面的必要技巧。 VB概要“Basic”指的是 BASIC (Beginners AllPurpose Symbolit Instruction Code) 語言，一種在計(jì)算技術(shù)發(fā)展史上應(yīng)用得最為廣泛的語言[11]。Visual Basic 在原有BASIC 語言的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，至今包含了數(shù)百條語句、函數(shù)及關(guān)鍵詞，其中很多和 Windows GUI 有直接關(guān)系。專業(yè)人員可以用 Visual Basic 實(shí)現(xiàn)其它任何 Windows 編程語言的功能，而初學(xué)者只要掌握幾個(gè)關(guān)鍵詞就可以建立實(shí)用的應(yīng)用程序。 Visual Basic 不僅是 Visual Basic 編程語言。Visual Basic 編程系統(tǒng),Microsoft Excel 的Applications Edition ,Microsoft Access和Windows的許多其他應(yīng)用程序都使用這一語言。Visual Basic Scripting Edition (VBScript) 是廣泛使用的腳本語言，它是 Visual Basic 語言的子集。這樣，在學(xué)習(xí) Visual Basic 中得到的經(jīng)驗(yàn)可應(yīng)用到所有這些領(lǐng)域中。 從開發(fā)個(gè)人使用或小組使用的小工具，到大型企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，甚至通過Internet 的遍及全球分布式應(yīng)用程序，都可在 Visual Basic 提供的工具中各取所需。程序員可以分為很多種，像Unix程序員、Windows程序員，或是C++程序員、Delphi程序員，等等。這些技術(shù)是一名Web程序員應(yīng)該具備的；但是，如果僅懂得這些，卻只能叫做Asp程序員、J sp程序員，而不是真正意義上的Web程序員?，F(xiàn)在的世界是屬于Internet的，大部分的應(yīng)用基于Internet，大家可以想想，像Yahoo、Microsoft、Amazon那樣的網(wǎng)站，其訪問量之大、應(yīng)用之復(fù)雜，需要什么樣的技術(shù)才可以支撐，這不僅僅是硬件的功勞。 vb的發(fā)展隨著Windows操作系統(tǒng)的不斷成熟，Visual Basic產(chǎn)品由1．0版升級到3．0版，此時(shí) Visual Basic已初具規(guī)模了，利用它可以快速地編制各種應(yīng)用程序，包括非常流行的多媒體應(yīng)用程序和各種圖形操作界面。在面向?qū)ο蠹夹g(shù)出現(xiàn)后，Microsoft迅速地把這一技術(shù)加入到了Visual Basic產(chǎn)品中。 Visual Basic 4．0還提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理能力，這使得它成為管理信息系統(tǒng)(MIS， Management Information System)的重要開發(fā)工具。 隨著Intemet的迅猛發(fā)展，Microsoft的ActiveX技術(shù)出現(xiàn)了，并被不失時(shí)機(jī)地加入到 Visual Basic 5．0版本中(1997年)。在1998年，Microsoft推出了Visual Basic 6．0版本，這一版本使VB得到了很大的擴(kuò)充和增強(qiáng)。它還引入了使用部件編程的概念，實(shí)際上這是對面向?qū)ο缶幊趟枷氲臄U(kuò)展。迄今為止，Visual Basic已經(jīng)發(fā)展成為快速應(yīng)用程序開發(fā)(RAD，Rapid Application Development)工具的代表。 本章小結(jié)本章主要介紹本次研究所需要的工具軟件，首先講述了傳感器的運(yùn)用，傳感器在電子方面中不可或缺的地位，然后介紹了傳感器的發(fā)展，經(jīng)過，以及在不久的將來，傳感器會往更廣的領(lǐng)域發(fā)展，在以后的日常生活中越發(fā)離不開傳感器，如工業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及宇宙探索等等，都要以傳感器的必要的基礎(chǔ)，所以本次介紹傳感器是很有必要的。其次本章還簡單的介紹了Visual Basic這個(gè)語言程序，因?yàn)楸敬窝芯啃枰缑孳浖O(shè)計(jì)，需要用到Visual Basic，所以，在本章就簡單的介紹了Visual Basic，在后面的篇幅里將繼續(xù)介紹vb的使用方法，以及本次研究所需要的程序。第2章 設(shè)計(jì)方案和步驟目前，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢，農(nóng)田信息的及時(shí)準(zhǔn)確獲取是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要使用孤立的、沒有通信能力的機(jī)械設(shè)備和傳感設(shè)備，主要依靠人力監(jiān)測作物的生長狀況。不但要耗費(fèi)大量的人力，而且不能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果采用有線測控系統(tǒng)，則需要鋪設(shè)光纖或者電纜，這樣不但增加了成本，而且降低了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。隨著傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，孕育出了一種新的信息獲取、傳輸、處理的智能網(wǎng)絡(luò)——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集監(jiān)控區(qū)域的信息，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后發(fā)送給終端用戶。本章主要介紹在研究前對傳感器的準(zhǔn)備和初步設(shè)計(jì)，介紹了傳感器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳感器模塊等等，本次研究的設(shè)計(jì)方案和步驟，在方案上盡量考慮最簡捷，方便的方法，盡量能使用最簡單的實(shí)驗(yàn)步驟，得出最令人滿意的結(jié)果，由于本實(shí)驗(yàn)沒有其他的對比方案，所以只需要按照所給要求一步一步的來完成即可，根據(jù)本題目給出的要求，選取最快捷的方法來完成研究是本次實(shí)驗(yàn)的主要宗旨。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)控領(lǐng)域，對感興趣的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、融合，并通過主節(jié)點(diǎn)路由到基站，用戶可以通過因特網(wǎng)進(jìn)行查看、控制。其中，網(wǎng)關(guān)(基站)負(fù)責(zé)對各節(jié)點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)的收集、處理及與外網(wǎng)的通信；傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集周圍的信息，如溫度、濕度等，同時(shí)還要兼具有路由功能，通過路由協(xié)議直接或者通過“多跳”的方式將數(shù)據(jù)傳給網(wǎng)關(guān)，再借助臨時(shí)建立的sink鏈路把整個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算得到所需的信息，并對各傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理。同時(shí)開發(fā)了客戶端界面，方便用戶對服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和控制，并能以圖形的方式直觀地顯示出用戶所需要的信息。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總體架構(gòu)由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊4個(gè)部分組成。傳感器模塊負(fù)責(zé)環(huán)境信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)采集土壤溫濕度傳感器，傳感器模塊上還預(yù)留了數(shù)字和模擬接口，可以方便地?cái)U(kuò)展傳感器的種類；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)和其它節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，還要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)路由選擇以及系統(tǒng)功耗的控制等。數(shù)據(jù)處理模塊的核心是高性能的ATmega1281處理器；無線通信模塊負(fù)責(zé)與其它傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；電源模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的所有電源。 傳感器模塊傳感器模塊是節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集部分，根據(jù)實(shí)際需求，確定合適的傳感器，系統(tǒng)采用溫濕度傳感器，并留有通用傳感器擴(kuò)展接口，傳感器模塊為獨(dú)立電路板，通過51PIN連接器與主控模塊電路板連接。 本系統(tǒng)采用的溫濕度傳感器為瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的SHT10溫濕度一體傳感器。該傳感器的特點(diǎn)是體積微小、功耗極低，兩線數(shù)字輸出，濕度測量范圍：0～100％RH，濕度的測量精度為177。％RH，溫度測量范圍：40～+123．8℃，在25℃時(shí)，溫度的測量精度為177。℃，響應(yīng)時(shí)間：8 s，可完全浸沒。SHT10采用兩條串行線(SCK，DATA)與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。SCK用于處理器、SHT10之間的通訊同步，串行數(shù)據(jù)(DATA)用于數(shù)據(jù)的讀取，在SCK時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時(shí)鐘上升沿有效。SHT10完整的測量時(shí)序由啟動(dòng)傳輸時(shí)序、發(fā)布命令、等待測量完成、讀回?cái)?shù)據(jù)這四個(gè)部分組成。處理器用一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序來發(fā)起一個(gè)通信過程。它包括：當(dāng)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為低電平。在DATA為低電平期間，SCK變?yōu)榈碗娖?，再翻轉(zhuǎn)為高電平，隨后是在SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為高電平。在“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序之后，微控制器可以向SHT10發(fā)送命令。微控制器在發(fā)布一組濕度或者溫度測量命令后，需要等待測量的結(jié)束，SHT10通過將DATA線拉低表示測量的完成。重新啟動(dòng)時(shí)鐘線SCK讀取測量結(jié)果時(shí)，2個(gè)字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)將被傳送。為節(jié)能VDD接在處理器1281的PC0口，需采集數(shù)據(jù)時(shí)傳感器上電，采集完數(shù)據(jù)傳感器斷電。 數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊數(shù)據(jù)處理模塊采用Atmel公司的低功耗ATmega1281芯片，該芯片具有片內(nèi)256 kB的Flash存儲器、8 kB的SRAM數(shù)據(jù)存儲器(可外接擴(kuò)展到64 kB)和4 kB的EPROM存儲器。該芯片還有8／16通道的10位ADC，2個(gè)8位和4個(gè)16位硬件定時(shí)／計(jì)數(shù)器，4個(gè)8位PWM通道、可編程看門狗定時(shí)器和片上振蕩器、片上模擬比較器，2／4個(gè)可編程串行USART、51／86個(gè)可編程I／O口線。SPI、I2C總線接口；可以采用JTAG編程和ISP編程兩種方式。除正常工作模式外，ATmega1281還具有6種睡眠模式：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模式以及擴(kuò)展的Standby模式。因此ATmega1281非常適合于低能耗的應(yīng)用場合。 無線通信模塊采用AT86RF231芯片，該芯片是一款低功耗、低電壓，SH接口， 。AT86RF231通過SPI接口與處理器ATmega1281連接，通過串行輸出(MOSI)和串行輸入(MISO)進(jìn)行