【正文】 .......................... 23 本章小結(jié) .......................................................... 23 4 網(wǎng)關(guān) Linux 平臺(tái)的建立 ................................................ 24 開發(fā)環(huán)境的建立 .................................................... 24 Bootloader 的移植 .................................................. 25 Linux 內(nèi)核（ kernel）的移植 ......................................... 26 文件系統(tǒng)的生成 .................................................... 28 日志閃存文件系統(tǒng)版本 2JFFS2 ..................................... 29 創(chuàng)建 JFFS2 文件系統(tǒng) .............................................. 29 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn) ................................................ 30 5 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架 ................................................ 30 CS8900 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) .............................................. 31 本章小結(jié) .......................................................... 34 5 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .......................................... 35 網(wǎng)關(guān)與匯聚節(jié)點(diǎn)的通信實(shí)現(xiàn) .......................................... 35 Linux 下的串口通信 ............................................... 35 匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀 .................................................. 37 匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)讀取與數(shù)據(jù)處理 ...................................... 38 網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ................................ 40 以太網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計(jì) ...................................... 40 GPRS 數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn) ................................................ 43 本章小結(jié) .......................................................... 48 6 試驗(yàn)與分析 .......................................................... 49 有線以太網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn) ........................................ 50 網(wǎng)關(guān)連接試驗(yàn) .................................................... 50 網(wǎng)關(guān)接收匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù) 試驗(yàn) ........................................ 51 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn) ............................................... 53 GPRS 遠(yuǎn)程通信及可靠性分析 ......................................... 54 GPRS 撥號連接試驗(yàn) ................................................ 54 GPRS 通信可靠性分析 .............................................. 55 本章小結(jié) .......................................................... 57 7 結(jié)論與討論 ......................................................... 58 結(jié)論 .............................................................. 58 討論與展望 ........................................................ 58 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 60 致 謝 .............................................................. 64 附錄 A 部分實(shí)物照片 ................................................... 65 附錄 B 內(nèi)核移植前源代碼修改部分 ....................................... 66 附錄 C 部分程序的源代碼 ................................................ 67 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) .......................................................... 71 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 .................................................... 71 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 ................................................ 71 Ⅳ 1 1 前言 研究 意義 我國是一個(gè)水資源缺乏的國家。按人均水資源量計(jì)算，人均占有量只有 2500m3，約為世界人均水量的 1/4，在世界排 110位，已被聯(lián)合國列為 13個(gè)貧水國家之一。另一方面，我國水資源的分步很不平衡 （王穎杰， 20xx） 。有些地區(qū)的人均占有量甚至低于世界最貧水的國家埃及和以色列的水平。我國農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的 80%左右，由于農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率普遍低下，就全國范圍而言，水的利用率僅為 45%，而水資源利用率高的國家已達(dá) 70%～ 80%。灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化的水平較低，這也是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。以色列、日本、美國等一些國家已采用先進(jìn)節(jié)水灌溉制度。由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報(bào)，實(shí)際動(dòng)態(tài)管理；采用傳感器來監(jiān) 測土壤的墑情和農(nóng)作物的生長，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)水管理的自動(dòng)化。因而建立旱情監(jiān) 測系統(tǒng)，將為解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題提供科學(xué)依據(jù)，對于緩解水資源的緊缺是非常重要的。 喝茶已經(jīng)成為了全球健康生活的時(shí)尚，據(jù)資料顯示，目前 世界人均飲茶 0． 5kg；我國茶葉消費(fèi)現(xiàn)狀最新數(shù)字顯示， 20xx年我國人均茶葉消費(fèi) kg，即將接近世 界 消費(fèi)茶葉水平 （ 黃韓丹 ， 20xx） 。 茶葉消費(fèi)市場的潛力 巨大，大面積種植茶樹，發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)，不失解決“三農(nóng)”問題的重要思路。茶樹多生長在山坡地，傳統(tǒng)的茶樹種植多“靠天吃飯”，若在茶園建立旱情 監(jiān) 測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化控制，不僅可以提高水源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加茶葉的產(chǎn)量 和品質(zhì) ，降低茶葉成本。 近年來 ， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSNs)技術(shù)迅速興起 ， 成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。 WSNs利用放置于監(jiān)測場景中的大量傳感器節(jié)點(diǎn) ， 對監(jiān)測對象進(jìn)行協(xié)作化的信息感知和采集。傳感器節(jié)點(diǎn)以無線方式將現(xiàn)場信息傳輸?shù)阶鳛榫W(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)中心的基站 ， 由基站進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理 ， 以得到準(zhǔn)確的決策信息 ， 并最終驅(qū)動(dòng)特定的執(zhí)行機(jī)構(gòu)作業(yè) ， 從而實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田的精確化和智能化測控 （孫亭， 20xx） 。通過構(gòu)建不依賴于大量信號傳輸線和動(dòng)力線的 農(nóng)業(yè) WSNs 生態(tài)測控系統(tǒng) ， 既可實(shí)現(xiàn)對土壤水肥、作物生長和病蟲災(zāi)害等信息的精確測量 ， 為灌溉施肥、病蟲防治和作物收種等工作帶來巨大方便 ， 又可解決傳統(tǒng)測控設(shè)施建設(shè)成本高、安裝復(fù)雜、維護(hù)困難和影響作業(yè)環(huán)境等問題 ， 同時(shí)大大提高設(shè)施農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化控制和管理水平。 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 WSNs 的 農(nóng)業(yè)應(yīng)用 在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，人們 獲取農(nóng)田信息的方式都很有限， 主要是通過人工測量， 獲取過程需要消耗大量的人力， 如 通過使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以有效降低人力消耗和對農(nóng)田環(huán)境的影響， 獲取精確的作物環(huán)境和作物信息 。近年來，國內(nèi)外在農(nóng)、林、牧業(yè)的信息傳輸方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 歐盟 ISI啟動(dòng)了 Wirelesslnfo項(xiàng) （ 1998~20xx），期望運(yùn)用 GSM/GPRS/HSDCS無線通信技術(shù)，建立先進(jìn)農(nóng)林管理多媒體服務(wù)系統(tǒng)；Digital Sun 公司開發(fā)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)灑水系統(tǒng)， 傳感器感應(yīng)土壤的水分， 并在設(shè)定條件下與接收器通信， 控制灌溉系 統(tǒng)的閥門打開、關(guān)閉， 從而達(dá)到自動(dòng)節(jié)水灌溉的目的；澳大利亞的 CSRIO ICT Center 將無線傳感器節(jié)點(diǎn)安置在動(dòng)物身體上對動(dòng)物的生理狀況（脈搏、血壓等） 和外界環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測， 避免了有線線路對動(dòng)物生活的干擾， 研制成完善的草地放牧與動(dòng)物模型 （王殊， 20xx） ； 韓國信息交通大學(xué)時(shí)嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室用 WSN搭建了自動(dòng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng) （ Seongeun Yoo， 20xx） 如圖 ，該系統(tǒng)部署在韓國 Dongbu Handong 種子研究中心的大白菜溫室大棚，包括：用于監(jiān)測和控制溫室環(huán)境的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用于 管理 WSNs的管理子系統(tǒng)，已經(jīng)用于訪問管理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的各種手持設(shè)備（如 PDA）。監(jiān)測溫室內(nèi)作物生長狀況和控制溫室的環(huán)境。 圖 韓國 大白菜溫室大棚傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 國內(nèi)在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控及農(nóng)業(yè)信息化等方面獲得了較快發(fā)展 ， 目前主要研究成果有：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測的研究（ 駱凱等 ， 20xx； 崔光照等 ， 20xx；黃偉等 ， 20xx； 李海建等 ， 20xx） ；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大棚蔬菜的應(yīng)用（ 宋迪等 ， 20xx； 3 孫程光 ， 20xx） ；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在節(jié)水灌溉的應(yīng)用（ 馮友兵等 ， 20xx； 黃劉生等 ，20xx； 曾煉成等 ， 20xx）；以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在草地放牧與動(dòng)物模型的研究 （王殊，20xx） 。但未見茶園相關(guān)應(yīng)用的報(bào)道。 網(wǎng)關(guān)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 及時(shí)獲取感知區(qū)域內(nèi)的信息并進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)發(fā)等操作是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題之一 。 網(wǎng)關(guān)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的的主要功能是 ： 一是及時(shí)獲取感知區(qū)域內(nèi)的信息并進(jìn)行處理，二是通過其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) ，如圖 。也可以在此基礎(chǔ)上添加新的輔助功能，例如遠(yuǎn)程終端的控制功能，報(bào)警功能等。傳統(tǒng)的 無線傳感器 sink網(wǎng)關(guān)是利用匯聚節(jié)點(diǎn)與 PC 相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的，一 般情況下，匯聚節(jié)點(diǎn)接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過有線方式 (串口或 USB 電纜 )與 PC 相連，后者完成數(shù)據(jù)的讀取、轉(zhuǎn)換、顯示、轉(zhuǎn)發(fā)等工作。其中，轉(zhuǎn)發(fā)功能是 PC 利用網(wǎng)卡接入外部網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。目前，國內(nèi)外已有關(guān)于 WSNs 信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)难芯繄?bào)道。 圖 WSNs 體系結(jié)構(gòu) 美國的 Crossbow 公司曾推出具有以太網(wǎng)通信功能的 網(wǎng)關(guān) 產(chǎn)品并得到應(yīng)用。哈佛大學(xué)的科研人員曾經(jīng)在位于厄瓜多爾境內(nèi)的唐古拉瓦火山 (voleanThngnrahua)附近部署了小范圍的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采集次聲波信號并傳送至 網(wǎng)關(guān) ，通過接入 無線MODEM 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到 9 公里外火山監(jiān)測站的 PC 上 （ WernerAllen G， 20xx） 。 國內(nèi)一些大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)也提出了有關(guān)解決方案。 尤著宏等（ 20xx）針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在青藏鐵路沿線多年凍土區(qū)典型段地溫、變形監(jiān)測方面的特殊要求 , 設(shè)計(jì)了一種 WSN 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)基于 CC2431 以 4 及 C8051F320 的 USB 接口的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)接收各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并以有線的方式將數(shù)據(jù)傳送給最終用戶計(jì)算機(jī)。 霍宏偉等（ 20xx）提出了一種 IPv6 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于嵌入式處理 器 ATmega12智能射頻芯片 CC2420 以及網(wǎng)絡(luò)控制芯片RTLS019 的接入網(wǎng)關(guān)設(shè)備。 段渭軍等（ 20xx）針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng) Sink 網(wǎng)關(guān)的不足，提出了一種基于PDA 的移動(dòng) Sink 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，重點(diǎn)討論了 PDA 與 Sink 節(jié)點(diǎn)之間的連接， PDA 與 Sink 節(jié)點(diǎn)、 PDA 與 GPS 接收機(jī)及 PDA 與控制終端之間通信的一些關(guān)鍵技術(shù)。 匡興紅等（ 20xx）提出一種基于 CC1010 的 RF 接口實(shí)現(xiàn)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信基于 S