【正文】 ，然后再讀取這 4個(gè)字節(jié)所表示長(zhǎng) 度的數(shù)據(jù)包。 ?xml version=””? MotePacket ParsedDataElement Nameamtype/Name ConvertedValue11/ConvertedValue /ParsedDataElement ParsedDataElement Namenodeid/Name ConvertedValue2/ConvertedValue /ParsedDataElement Nameparent/Name ConvertedValue0/ConvertedValue /ParsedDataElement +ParsedDataElement +ParsedDataElement ParsedDa。 數(shù)據(jù)的解析和轉(zhuǎn)換 通過(guò) LabVIEW編寫(xiě)的相關(guān)程序可以成功連接中間件 XServe，截取 XML數(shù)據(jù)流，接下來(lái)要對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的解析、轉(zhuǎn)換，從而讓后面的應(yīng)用程序更方便的調(diào)用。因此 XServe采用了一個(gè)簡(jiǎn)單通用的協(xié)議來(lái)解決這一問(wèn)題。通過(guò)在 Cygwln編譯環(huán)境下輸入以下命令可以實(shí)現(xiàn)配置 XServe工作在 XML方式下：xserve0— xmlcxmlport=9005— s=eom4 命令中． xmlc表示輸出轉(zhuǎn)換過(guò)的 XML格式數(shù)據(jù)，通過(guò)一 xmlport=9005可以把解析后 的數(shù)據(jù)發(fā)布到 socket 9005端口上指定了網(wǎng)關(guān)接口板的設(shè)備端口。 XServe可以把解析傳感器數(shù)據(jù)包配置成一系列名值對(duì)應(yīng)的格式，使傳感器數(shù)據(jù)臺(tái)義變得更加豐富。對(duì)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)查詢(xún) 是通過(guò)發(fā)送實(shí)時(shí)查詢(xún)命令給相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，通知其改變數(shù)據(jù)發(fā)送速率。 3)數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和轉(zhuǎn)換，當(dāng)收到各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，通過(guò)處理后向數(shù)據(jù)顯示、查詢(xún)和其他應(yīng)用提供數(shù)據(jù)源。用戶(hù)可以通過(guò) XML配置文件定義數(shù)據(jù)解析程序，配置一個(gè) 通用的數(shù)據(jù)接收模塊來(lái)擴(kuò)展 XServe。 XServe是連接無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用管理程序之中。其中 Mote Tier為運(yùn)行在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的相關(guān)程序，完成采集控制無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的目的，同時(shí)集成了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) TinyOS操作系統(tǒng)。 圖形化的 程序語(yǔ)言，又稱(chēng)為“ G”語(yǔ)言，采用這種語(yǔ)言進(jìn)行編程時(shí)，基本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖，它盡可能利用技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念進(jìn)行編程設(shè)計(jì) [23]。軟件設(shè)計(jì)主要由數(shù)據(jù)接收模塊，數(shù)據(jù)解析與處理模塊，顯示與報(bào)警模塊等 3大功能模塊組成。一個(gè)組件規(guī)范中可以包含多個(gè) uses和 provides命 令。命令的提供者實(shí)現(xiàn)的功能函數(shù)；事件則是接 口 使用者需要實(shí)現(xiàn)的功能函數(shù)。規(guī)定了接口的語(yǔ)法規(guī)范。組件之間通過(guò)接口連接。利用 nesC開(kāi)發(fā) TinyOS應(yīng)用 提高了應(yīng)用丌發(fā)的方便性和應(yīng)用執(zhí)行的可靠性 [21]。調(diào)度程序具有兩層 結(jié)構(gòu)，第一層維護(hù)著命令和事件，它主要是在硬件中斷發(fā)生時(shí)對(duì)組件的狀態(tài)進(jìn)行 處理：第二層維護(hù)著任務(wù)，只有當(dāng)組件狀態(tài)維護(hù)工作完成后，任 務(wù)能被調(diào)度 Main組件 應(yīng)用程序組件 數(shù)據(jù)采集組件 數(shù)據(jù)處理組件 通信組件 硬件抽象層 圖 3． 5 TinyOS的體系結(jié)構(gòu) TinyOS的組件層次結(jié)構(gòu)就如 同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，底層的組件負(fù)責(zé)接收和發(fā)送最原始的數(shù)據(jù)位，而高層的組件對(duì)這些位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、解碼，更高層的組件則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)打包、路由和傳輸數(shù)據(jù)。 2)系統(tǒng)組件：由數(shù)據(jù)采集組件、數(shù)據(jù)處理組件、數(shù)據(jù)通信組件構(gòu)成。基于 TinyOS的完整的系統(tǒng)由一個(gè)調(diào)度器和一些組件組成。因此，電源系統(tǒng)采剛外接 2節(jié)干電池供電，為了保證兩個(gè)電源之 間相互沒(méi)有干擾，傳感器節(jié)點(diǎn)在電池輸入的前端增加了一個(gè)手動(dòng) 開(kāi) 關(guān)，在使用外部供電 的時(shí)候關(guān)閉電池 開(kāi) 關(guān)。 ● 相對(duì)濕度傳感器 (RH)：測(cè)量范圍： 0～ 100％ RH；精度：士 2． 0％ RH(20～ 80％ RH)；響應(yīng)時(shí)間： 4s；重復(fù)性：士 0． 1RH；分辨率： 0． 03％ RH。它應(yīng)用專(zhuān)利的工業(yè) COMS過(guò)程微加工技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 CC2420內(nèi)部使用 1． 8V工作電壓，適合于電池供電的設(shè)備；外部數(shù)字 I／ O接口使用 3． 3 V電壓，這樣可以保持和 3． 3 V邏輯器件的兼容型。 CC2420的主要特性如下： ●工作頻帶范圍為 2． ： ●采 用 IEEE802． 15． 4規(guī)范要求的直接序列擴(kuò)頻方式； ●數(shù)據(jù)速率達(dá) 250kbps，碼片速率達(dá) 2M／ s； 11 ●采用 0QPSK調(diào)制方式； ●超低電流消耗 (Rx： 19 7mA， TX： 174mA)高接收靈敏度 (99dBm)； ●抗鄰頻道干擾能力強(qiáng) (39dB)； ● 內(nèi)部集成有 VCO， LNA， PA以及電源整流器，采用低電壓供電 (2 l～ 3 6V)； ● IEEE802 15 4MAC層硬件可支持自動(dòng)幀格式生成、同步插入與檢測(cè) 16bitCRC 校驗(yàn)、電源檢測(cè)： ●與控制微處理器的接口配置容易； ●采用 QLP48封裝， 外形尺寸只有 7 7MM CC2420從天線(xiàn)接收到射頻信號(hào)后，首先經(jīng)過(guò)低噪聲放大器，變頻到 2MHz的中頻，形成中頻信號(hào)的同相分量和正交分量。 ATMEGA 128L支持多種在線(xiàn)編程方法，包括 JTAG和 SPI編程方法： 10 基本外圍電路如下圖： 圖 ATMEGA 128L模塊 無(wú)線(xiàn)芯片 CC2420 CC2420是 Chipcon公司推出的首款符合 2． 4GHz IEEE802． 15． 4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器，工作于免授權(quán)的 2． 4GHz頻段。綜合考慮以上因素，本設(shè)計(jì)采用 ATMEGA公司的超低功耗單片機(jī) ATMEGA 128L[18]。在不同的應(yīng)用環(huán)境下選擇不同的組件自由配置系統(tǒng)，這無(wú)線(xiàn)通信模塊CC2420 處理器模塊Atmega128L 感知模 塊（ SHT15） 身份標(biāo)識(shí)模塊DS2401 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出接口（ RS232， USB）等 電源管理模塊 9 樣就不必為每個(gè)應(yīng)用都 開(kāi) 發(fā)一套全新的硬件系統(tǒng)。 硬件總體結(jié)構(gòu) 傳感器節(jié)點(diǎn)兼作傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的終端和路由器雙重功能，除了進(jìn)行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理外，還要對(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的 數(shù)據(jù) 進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合等處理，同時(shí)與其他節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成一些特定任務(wù)。 管理員配置監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)環(huán)境參數(shù)的浮動(dòng)范圍及發(fā)出警報(bào)的閡值，如果采集的數(shù)據(jù)值 超過(guò)該范圍，服務(wù)器終端示警，則根據(jù)相應(yīng)位置信息自動(dòng)啟動(dòng)溫室內(nèi)設(shè)備裝置進(jìn)行環(huán)境調(diào)節(jié)。 方案描述及工作流程 在溫室環(huán)境中，單個(gè)溫室可以作為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)一個(gè)測(cè)量控制區(qū)，網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)采用經(jīng)過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)既可以是一個(gè)具有增強(qiáng)功能的傳感器節(jié)點(diǎn)，也可以是沒(méi)有監(jiān)測(cè)功能僅帶有無(wú)線(xiàn)通信接口的特殊通信設(shè)備 [13]。 系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 。 TinyOS在構(gòu)建傳感網(wǎng) 絡(luò)時(shí)，其中一個(gè)與上位機(jī)互連的節(jié)點(diǎn)作為基站，主要用來(lái)控制各個(gè)子節(jié)點(diǎn)，并聚集和處理它們 所采集到的信息。針對(duì)目前節(jié)點(diǎn)存在的不足，進(jìn)行擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)，降低節(jié)點(diǎn)成本。 C時(shí) )，濕度： ％ RH(2080％ RH)； 6)電源管理：傳感器節(jié)點(diǎn)使用電池，至少能使用半年以上 [11]。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)及技術(shù)指標(biāo) 系統(tǒng)功能特點(diǎn) 溫室大棚無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)的應(yīng)用的目的是實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境溫濕度信息采集自動(dòng)部署、自組織傳輸和智能控制。 目前，此類(lèi)工具中最具代表性的是 Crossbow公司的 MoteView，但其最大缺點(diǎn)就是 擴(kuò)展性差。 針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，論文第三章詳細(xì)研究了傳感器節(jié)點(diǎn)的組成結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了節(jié)點(diǎn)硬件電路，并在 Micaz節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加了 JTAG口、 ISP口和串口，能夠節(jié)省大量費(fèi)用，方便無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)愛(ài)好者自行研制節(jié)點(diǎn)。監(jiān) 控終端負(fù)責(zé)環(huán)境信息的圖形化顯示、實(shí)時(shí)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)分析和超限報(bào)警等。 隨著無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，人們也 開(kāi) 展了溫室無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究。近幾年來(lái)，我國(guó)在溫室結(jié)構(gòu)和溫室控制兩方面開(kāi) 展了不少研究。傳感器節(jié)點(diǎn)被分布在葡萄園的每個(gè)角落，每隔一分鐘檢測(cè)一次土壤溫度、濕度或該區(qū)域的有害物的數(shù)量以確保葡萄可以健康生長(zhǎng)，進(jìn)而獲得大豐收。美國(guó) 開(kāi) 發(fā)的計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)可以根據(jù)溫室作物的特點(diǎn)和要求，對(duì)溫室內(nèi)光照、溫度、水、氣、肥等諸多因子進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，還可利用差溫管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)花卉、果蔬等產(chǎn)品的 開(kāi) 花和成熟期進(jìn)行控制，以滿(mǎn)足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需要。但整體從研究的深度和投入的力量來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的水平相對(duì)落后，從問(wèn)題的點(diǎn)上研究較多，缺少對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的創(chuàng)新性研究，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)較少，這和我國(guó)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的市場(chǎng)需求不相稱(chēng)， 因此有很多工作要做 [7]。 2020年底，國(guó)家發(fā)改委 開(kāi) 始關(guān)注傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，并從 2020年 開(kāi) 始將傳感器網(wǎng)絡(luò)納入下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)與應(yīng)用示范項(xiàng)目中，一方面推進(jìn)傳感器網(wǎng)絡(luò)本身的技術(shù)發(fā)展，另一方面直接支持傳感器網(wǎng)絡(luò)與 IPv6網(wǎng)絡(luò)融合的路由等相關(guān)技術(shù)，有包括中科院計(jì)算所在內(nèi)的數(shù)家單位獲得了本項(xiàng)目的支持。 [6]2020～ 2020年，喬治工學(xué)院在 NSF資助下，進(jìn)行了 SensoNet項(xiàng)目，研究適合無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議、 MAC協(xié)議、時(shí)問(wèn)同步、拓?fù)淇刂坪蜁r(shí)空相 關(guān)分析等。 美國(guó)國(guó)防部及各軍事部門(mén)都對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)高度重視，將其視為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，并設(shè)立了一系列的軍事傳感器網(wǎng)絡(luò)研究項(xiàng)目。因其具有隨機(jī)布設(shè)、自組織、環(huán)境適應(yīng)等特點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于布線(xiàn)、電源供給困難的區(qū)域、人員不易到達(dá)的區(qū)域，已廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境科學(xué)、交通管理、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。把無(wú)線(xiàn)傳感器剛絡(luò)技術(shù)引入到溫室大棚生產(chǎn)中來(lái)，農(nóng)業(yè)將有可能逐漸地從以人力為中心，依賴(lài)于孤立的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件 為中心的生產(chǎn)模式 [3]。引導(dǎo)溫室用戶(hù)根據(jù)作物的要求進(jìn)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(biāo)和方向 [1]。該軟件通過(guò)連接中間件 XServe提供的標(biāo)準(zhǔn)通 用數(shù)據(jù)接 151，讀取 XML Socket來(lái)獲取實(shí)時(shí)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。為了解決溫室測(cè)控系統(tǒng)中存在的有線(xiàn)布網(wǎng)、人工測(cè)量等問(wèn)題， 將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到溫室溫濕度測(cè)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化溫室的網(wǎng)絡(luò)信息化管理，對(duì)提升溫室等設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平具有重要意義。根據(jù)溫室生產(chǎn)的特點(diǎn)，構(gòu)建無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，從用戶(hù)角度考慮，系統(tǒng)需要具有如下功能： 1)需要滿(mǎn)足常規(guī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，應(yīng)具有及時(shí)、準(zhǔn)確等功能，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)查詢(xún)獲知溫室內(nèi)的農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境； 2)無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)適應(yīng)露天環(huán)境長(zhǎng)期工作： 3)擴(kuò)展性好：由于農(nóng)作物環(huán)境各不相同，所以遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的環(huán)境參數(shù)也各不 相同，傳感器的類(lèi)型也需根據(jù)實(shí)際需要而定，因此節(jié)點(diǎn)的傳感器接口需靈活設(shè)定： 4)軟件多樣化、人性化：功能設(shè)計(jì)上，既考慮信號(hào)的采集、監(jiān)控，又要考慮信息管理、綜合分析，因此需要多樣化的軟件以適應(yīng)系統(tǒng)的需求。能夠定制的人機(jī)交互圖形化用戶(hù)界面會(huì)很 方便大家的使用，例如：做建筑監(jiān)測(cè)的就需要 GUI在采集到數(shù)據(jù)后還能夠方便的進(jìn)行信號(hào)處理、頻潛轉(zhuǎn)換了和小波變換等；做白控的就需要類(lèi)似集散控制系統(tǒng) 的，不但有數(shù)據(jù)采集，還可以看出節(jié)點(diǎn)分布等等。目前市場(chǎng)上應(yīng)用最 廣泛的是 Crossbow公司推出 的 Micaz系列節(jié)點(diǎn)，但其存在價(jià)格昂貴、接口特殊，必須依賴(lài)其特殊程序下載硬件的缺點(diǎn)。該系統(tǒng)采用多個(gè)集溫度、濕度傳感器于一體的傳感器模塊，分散的采集溫室中的環(huán)境參數(shù)，建立多跳自組網(wǎng)，并利用 ZigBee無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到終端監(jiān)控中心。采用了傳感器和 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)以后，農(nóng)業(yè)將可以逐漸地轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，使用更多的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和遠(yuǎn)程控制的設(shè)備來(lái)耕種。嘉興中科無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)科技有限公司在數(shù)字航道、城市應(yīng)急系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)監(jiān)控等方面有較好的技術(shù)背景，相關(guān)項(xiàng)目工程正在進(jìn)行中。 傳感網(wǎng)在民用方面，涉及城市公共安全、公共衛(wèi)生、安全生產(chǎn)、智能交通、智能家居、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。隨著知識(shí)創(chuàng)新工程試點(diǎn)工作的深入， 2020 年中科院依托上海微系統(tǒng)所成立微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心，引領(lǐng)院內(nèi)的相關(guān)工作，并通過(guò)該中心在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的方向上陸續(xù)部署了若干重大研究項(xiàng)目和方向性項(xiàng)目，參加單位包括上海微系統(tǒng)所、聲學(xué)所、微電子所、半導(dǎo)體所、電子所、軟件所、中科大等十余個(gè)校所，初步建立傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究平臺(tái)，在無(wú)線(xiàn)智能傳感網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器節(jié)點(diǎn)、簇點(diǎn)和應(yīng)用系統(tǒng)等方面取得很大的進(jìn)展， 2020 年 9 月相 關(guān)成果在北京進(jìn)行了大規(guī)模外場(chǎng)演示，部 分成果已在實(shí)際工程系統(tǒng)中使用。俄亥俄州正在開(kāi)發(fā)“沙地直線(xiàn) ”(A Line intheSand)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。近期微電子機(jī)械加工 (MEMS)技術(shù)的發(fā)展為傳感器的微型化提供了可能，微處理技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了傳感器的智能化，通過(guò) MEMS 技術(shù)和射頻 (RF)通信技術(shù)的融合促進(jìn)了無(wú)線(xiàn)傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的誕生。 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“ √”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 劉海波 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電信 0706 班