【正文】 調(diào)試 ...............................................................................................................16 處理器控制灌溉器調(diào) 試 ...........................................................................................16 結(jié)束語 .....................................................................................................................................18 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................19 附錄 （圖紙、 程序清單 ） .....................................................................................................20 致 謝 .........................................................................................................................................25 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 引言 目前，無線網(wǎng)絡(luò)隨著社會(huì)的發(fā)展不斷的進(jìn)入人們的視野里。藍(lán)牙， WLAN,PAN 等無線傳輸方式已經(jīng)家喻戶曉。同時(shí)人們也認(rèn)識(shí)到，無線網(wǎng)絡(luò)帶給人們生活，工作中的種種便利。以前，一方和另一方通信都需要牽一根線，俗稱“牽線”， 以至于現(xiàn)在地下埋著各種錯(cuò)綜復(fù)雜的連線線路，并且在使用壽命和維護(hù)方面都很難工作。于是人們開始需求一種方法，能夠最小化的利用線路來傳輸大量的信息，而不再使用那么多的材料。隨之，光纖就問世了。光纖的問世使得通信在傳輸方面取得了顯著性的進(jìn)步。一根光纖，把網(wǎng)絡(luò)、電話線等可用信息流全部包含在了其中。不僅在材料方面用量較少，使用壽命顯著提高，最值得一提的是它的傳輸信息的速度可達(dá)到每秒可傳輸 100 億個(gè)數(shù)碼信號(hào)，其傳輸速度之快可想而知。隨著社會(huì)的進(jìn)步，城市的開發(fā)，高樓地下室、地下停車場、地鐵等地下運(yùn)營場所的不斷興起，在地下埋 光纖的方式越來越受到大量的限制。并且雖然光纖傳輸?shù)乃俣容^快，但是其每增一個(gè)基點(diǎn)，就要增加一個(gè)支路，而若是其中一個(gè)基點(diǎn)不能正常工作，將會(huì)導(dǎo)致其后的線路也無法工作，對(duì)生產(chǎn)和生活造成了大量的不便。于是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的傳輸方式被提出來。因?yàn)榫W(wǎng)狀的傳輸方式一個(gè)基點(diǎn)至少有三條傳輸線路，甚至更多，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)基點(diǎn)出現(xiàn)問題，不會(huì)影響整體的信息傳輸，它可以跳過壞掉的節(jié)點(diǎn)，尋找能正常工作的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。這樣用戶就不會(huì)因?yàn)槠渲械囊粋€(gè)基點(diǎn)的損壞而被影響，同時(shí)給維修人員爭取了更多的時(shí)間。 圖 1 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)傳輸模型圖 關(guān)于無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)的總體構(gòu)思 無線灌溉系統(tǒng)是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一種人性化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它在搭建無線網(wǎng)絡(luò)的基基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了控制端可移動(dòng)、節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)、終端可移動(dòng)的多重移動(dòng)效果。在人性化設(shè)計(jì)方面，傳輸?shù)木嚯x不會(huì)太遠(yuǎn)，可達(dá)到 1600 米左右。在控制方面實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)控制。在使用方面，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)越性使得傳輸線路不僅僅只有一條。 系統(tǒng)框圖如下： 圖 2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 由系統(tǒng)框圖可知，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由四個(gè)部分組成，首先是控制端用來接收用戶發(fā)送的指令，通信端用來將用戶的指令傳輸?shù)教幚砥?，處理端是處理器接收到指令后通過解析發(fā)送控制信號(hào)，去控制灌溉器的運(yùn)作。整個(gè)系統(tǒng)下來，從用戶發(fā)送指令到灌溉器去運(yùn)行灌溉，只需要這四個(gè)模塊就可以完成，但這四個(gè)部分是相互聯(lián)系的，共同去完成了灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膰鴥?nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 由 于傳感器網(wǎng)絡(luò)的巨大應(yīng)用價(jià)值，它已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部分、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注。美國《技術(shù)評(píng)論》認(rèn)為，有十種新興技術(shù)在不遠(yuǎn)的將來會(huì)產(chǎn)生巨大影響，其中第一項(xiàng)就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)標(biāo)情報(bào)的感知能力，信息的綜合能力和信息的利用能力， 設(shè)立了一系列的軍事傳感器網(wǎng) 絡(luò) 研究項(xiàng)目。并且美國海軍最近還開展了網(wǎng)狀傳感器系統(tǒng) CEC 的研究。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由無處不在的、具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)，以多條無線通信方式構(gòu)成的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布域內(nèi)各種監(jiān)測對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，然后傳送給需要信息的用戶。無線通信與組網(wǎng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能，其核心內(nèi)容是通信協(xié)議，通信協(xié)議使傳感器節(jié)點(diǎn)相互之間能夠傳送數(shù)據(jù)，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)整體，從而完成各種復(fù)雜的任務(wù)，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作的基礎(chǔ)。 到目前為止， 中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)青年計(jì)算機(jī)科技論壇于 20xx年在北京召開了中國第一次關(guān)于 無線網(wǎng)絡(luò) 的專題報(bào)告會(huì) ， 討論了 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)及其在中國的發(fā)展問題。 在工業(yè)現(xiàn)場，由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作人員不能長時(shí)間停留在現(xiàn)場觀察設(shè)備是否運(yùn)行正常 ，此時(shí)便需要利用無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集 。目前國內(nèi)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)模型利用的方面也非常多。比如在通信方面，手機(jī)通信、廣播通信等都是通過在各地建立信號(hào)塔的方式作為信號(hào)傳輸?shù)幕?，來中轉(zhuǎn)繼送傳送的信號(hào)。在國內(nèi)外利用的衛(wèi)星定位，同樣也是將在對(duì)地球采集的信號(hào)先發(fā)送到外太空的衛(wèi)星上，再由人們通過提取想要的衛(wèi)星信號(hào)，來觀看需要的信息。并且國內(nèi)的 許多研究機(jī)構(gòu)都已經(jīng)開始對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了跟蹤研究。 毋庸置疑，跟蹤國外傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，并做出開創(chuàng)性的研究工作，對(duì)我們國家國防現(xiàn)控制端 通信端 灌溉器 處理端 發(fā)送信號(hào) 傳輸信號(hào) 控制 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 代化以及實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的發(fā)展也具有重要的意義。 本課題研究的意義及其發(fā)展方向 本課題基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過搭建無線網(wǎng)絡(luò)，從移動(dòng)設(shè)備中發(fā)送相關(guān)命令到終端設(shè)備中，從而控制終端的外圍設(shè)備運(yùn)作。由此課題可知，其設(shè)計(jì)過程中最重要的就是利用軟件編程方式去制作應(yīng)用軟件。目前社會(huì)上軟件編程的軟件語言很多，其中 python 語言是一種新興軟件腳本語言，具有很大的發(fā)展前途。 圖 3 python 語言與其他軟件語言對(duì)比 無線網(wǎng)絡(luò)的搭建使得信號(hào)在傳輸過程中能夠更加自主、方便的選擇傳輸?shù)缆?，其利用?jié)點(diǎn)的路由屬性，可以使其在距離上的限制大大的減少，更從使用和維修方便更加方便和人性化。我們知道網(wǎng)狀的傳輸模式使得信號(hào)傳輸不受線路的制約，如若其中一條線路受到破壞，則還會(huì)有其他的線路可供傳輸選擇。這樣用戶就不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)節(jié)點(diǎn)的損壞而耽誤正常的生活、生產(chǎn)。這種無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在中短距離傳輸過程中極其可靠，利用無線 傳感器搭建起來的網(wǎng)絡(luò)，使不用的用戶在不同的區(qū)域都可得到應(yīng)用。其終端的可移動(dòng)特性使得用戶解除了固定位置 的限定，哪個(gè)地方需要信息，就可以直接把傳感器放到那個(gè)地方便于接收和發(fā)送。在生產(chǎn)方面，無線傳感器不像其它無線設(shè)備那樣，其具有很好的穩(wěn)定性、可維護(hù)性、可操作性。在價(jià)格方面，也是比較低廉的，對(duì)大多數(shù)使用者都是可以很好的承擔(dān)和使用的。 目前這種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制的一些場所里使用比較頻繁，但其中的價(jià)值肯定不單單于此。隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的迅速興起，網(wǎng)絡(luò)的傳輸也慢慢成為主流。在許多大樓中隨處可見許多網(wǎng)線的拉扯，若利用組成這種無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸，則利用一臺(tái)主路由器，幾臺(tái)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 分路由器就可以把網(wǎng)絡(luò)覆蓋整座大樓。另外，隨著無線充電的 興起，利用無線網(wǎng)絡(luò)的搭建，組成無線供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，這樣家家戶戶只需安裝一個(gè)接收供電的無線模塊，則一家的供電問題就可以解決了，不必再扯拉許多類型的電線進(jìn)行遠(yuǎn)距離供電了。無線網(wǎng)絡(luò)的利用肯定定不僅僅于此，相信在未來，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸將以它的靈活性、高速度的傳輸效率發(fā)揮更大的作用。 論文整體結(jié)構(gòu)安排 論文闡述了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。從整體流程設(shè)計(jì)到各個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，論文介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，從系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，到元器件選擇，再到各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)，最后調(diào)試整體效果。本論文可以分為四個(gè)部分如下表： 章節(jié) 內(nèi)容 第一部分 引言：介紹無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以其國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展意義 第二部分 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案選擇及其元器件的選擇 第三部分 具體模塊設(shè)計(jì)：系統(tǒng)中各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四部分 調(diào)試：系統(tǒng)的調(diào)試、分析與總結(jié) 表 1 論文整體組織結(jié)構(gòu)圖 無線網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案 系統(tǒng)方案的選擇 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)是通過外部操作者發(fā)送控制指令，然后將指令通過網(wǎng)絡(luò)傳送到灌溉器實(shí)行灌溉。因此其設(shè)計(jì)方案為： 方案一：利用外部機(jī)械按鍵發(fā)送信號(hào)，通過處理器接收并處理然后經(jīng)由無線傳感器組成的特定頻率的電磁 波網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制端，控制端處理器通過解調(diào)調(diào)制過的信號(hào)再去控制抽水噴頭的運(yùn)作。 方案二：利用客戶端軟件發(fā)送信號(hào)，信號(hào)由節(jié)點(diǎn)組成的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂贫?，控制端接收信?hào)并控制灌溉器的運(yùn)作。 綜合比較，方案一需要利用外部的機(jī)械按鍵進(jìn)行發(fā)送信號(hào)，其穩(wěn)定性較差。并且按鍵信號(hào)需要處理器來進(jìn)行接收再經(jīng)處理器發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)端，最后到達(dá)控制端。對(duì)處理器的資源利用率不高造成浪費(fèi)。但其制作簡單易行，可以完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。對(duì)于方案二，利用客戶端軟件發(fā)送的信號(hào)，確保了信號(hào)的穩(wěn)定性，其節(jié)點(diǎn)的傳輸方式，使得傳輸更有針對(duì)性。而它則 需要不同的地方增加節(jié)點(diǎn)。根據(jù)比較，系統(tǒng)選擇第二套方案實(shí)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 行。 控制端設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)中控制端是用于用戶輸入控制指令信號(hào)，并將信號(hào)保存交由發(fā)送端。其作用用于識(shí)別用戶的控制指令，并轉(zhuǎn)換為有效信號(hào)作為傳輸。系統(tǒng)利用客戶端軟件完成對(duì)用戶信號(hào)的采集。同時(shí)，軟件開發(fā)要考慮對(duì)操作系統(tǒng)的，不同的操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用人群。軟件的運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)的要求也不同。因此對(duì)操作系統(tǒng)的選擇將影響整個(gè)灌溉系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 開發(fā)語言選擇 目前對(duì)于軟件的開發(fā)語言有很多，其中被廣泛使用的包括： java 語言、 C++語言、 C語言、 Visual Basic 語言、 python 語言等。 %%%C Python JAVA C++ Basic各語言使用比例 圖 4 開發(fā)語言使用比例圖 ? Java 語言： java 語言是一種面向?qū)ο?、跨平臺(tái)、泛型編程的軟件開發(fā)語言。其引進(jìn)的虛擬機(jī)原理可以使得 java 語言運(yùn)行于不同的開發(fā)平臺(tái)。并對(duì)程序提供了安全管理器，方式非法病毒的訪問。其分布式的結(jié)構(gòu)使得應(yīng)用起來就像操作電腦文件一樣容易。 Java 語言的分類清晰，可以在分部環(huán)境中維護(hù)程序及其分類。 ? C++:C++語言是一種支持多泛型的通用編程語言，是 使用最為廣泛的程序設(shè)計(jì)語言。它的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、過程化程序設(shè)計(jì)、泛型程序設(shè)計(jì)以及基于原則設(shè)計(jì)等多種設(shè)計(jì)風(fēng)格使得在程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域獨(dú)占一方。出于對(duì)語言簡潔性和運(yùn)行高效性方面的考慮， C++的很多特性都需要以庫或者其他形式來進(jìn)行提供，而并不是直接添加到語言本身里去。 ? Python 語言： Python 語言語法清晰而簡潔，其中它的連接作用可以很輕松的把用其它語言制作的模塊像膠水一樣連接到一起。 Python 語言在設(shè)計(jì)上