【正文】 程序。 (4)由于匯聚節(jié)點需要融合處理所有采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)， 且需要將數(shù)據(jù) 經(jīng)過較遠(yuǎn)的距離傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，因而能量消耗較大，因此其電源采用從市電轉(zhuǎn)換后介入的方式供電。 (2)為提供以太網(wǎng)的接入通道，在該設(shè)計中，使用 DM9161 作為以太網(wǎng)的物理層接口。 LED CC2430 電 源 傳感器 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 20 頁 圖 控制節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)框圖 匯聚節(jié)點的硬件設(shè)計 匯聚節(jié)點由微處理器模塊、無線通信模塊、存儲器模塊、以太網(wǎng)接口模塊、串行接口模塊和電源模塊組成。 測量節(jié)點硬件設(shè)計 傳感器測量節(jié)點由傳感器模塊、微處理器模塊、無線通信模塊（即射頻收發(fā)模塊）和電源模塊組成。因此，電源系統(tǒng)采用外接 2 節(jié)干電池供電，為 保證兩個電源之間相互沒有干擾，傳感器節(jié)點在電池輸入的前端增加 一個手動開關(guān)，在 使用外部供電的時候關(guān)閉電池開關(guān) [30]。相比于微處理器芯片和射頻收發(fā)器組合使用的情況，集成的無線微控制器具有使用更加靈 活方便、功耗更低等特點。 在常用的傳感器中，典型代表有瑞士 SENSIRION 公司生產(chǎn)的、高度集成的溫濕度傳 感器 SHT1X和 SHT7X系列傳感器，提供全量程標(biāo)定的數(shù)字量輸出，如 SHT10， SHT11，SHT71 等；光照 強(qiáng) 度傳感器有 TSL2550， TSL2560 等； CO2傳感器如 B530 等。國內(nèi)現(xiàn)代溫室中最常用的傳感器類型有溫度傳感器、濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器和 CO2傳感器。控制節(jié)點用來接收計算機(jī)傳來的遠(yuǎn)程控制信息，對溫室環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。 管理員配置監(jiān)測區(qū)域內(nèi)環(huán)境參數(shù)的浮動范圍及發(fā)出警報的閾值， 若 采集的數(shù)據(jù)值超過該范圍，服務(wù)器終端示警，則根據(jù)相應(yīng) 信息自動啟動溫室內(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，單個溫室可以作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一個測量控制區(qū)，網(wǎng)絡(luò)中通過采用經(jīng)過多個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)信息的傳遞。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示，網(wǎng)絡(luò)中采用傳感器測量節(jié)點和具有簡單執(zhí)行控制功能的控制節(jié)點構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深入研究，研究人員提出用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的微型操作系統(tǒng) ——TinyOS。 圖 溫室監(jiān)測系統(tǒng)方案二 圖 代表的通常是溫室規(guī)模較大且需要數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)默F(xiàn)代溫室監(jiān)控系統(tǒng)的主要架構(gòu)方案。%RH(20～ 80%RH)； (6)電源管理：傳感器節(jié)點使用 2 節(jié)干電池，至少能使用半年以上。根據(jù)溫室生產(chǎn)的特點，構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)時，從用戶角度考慮，系統(tǒng)需要具有如下功能： (1)需要滿足常規(guī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，應(yīng)具有及時、準(zhǔn)確等功能，方便用戶實時查詢獲知溫室內(nèi)的農(nóng)作物生長環(huán)境； (2)無線傳感器節(jié)點適應(yīng)露天環(huán)境長期工作； (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)測的環(huán)境參數(shù)也各不相同，傳感器的類型也需根據(jù)實際需 要而定，因此節(jié)點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)計上，既考慮信號的采集、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。 CDMA 技術(shù)目前在我國該項技術(shù)還不十分成熟，處于發(fā)展階段，在溫室中還很少使用，但其具有 3G 的優(yōu)勢，在圖像傳輸以及實時性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 GSM 和GPRS，隨著 3G 技術(shù)的逐步成熟和普及推廣， CDMA 的運行成本會迅速下降，覆蓋面會包容現(xiàn)在的 2G 網(wǎng)絡(luò)，并最終被廣大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者所接受，因而具有很好的應(yīng)用前景。與時分多路的 GSM 技術(shù)不同，CDMA 并不給每一個通話者分配一個確定的頻率，而是讓每一個通信都使用全部的頻率，使大量用 戶能夠共享同一個無線頻率。苗連強(qiáng)等人和韓華峰等人開發(fā)了基于 ZigBee 協(xié)議的傳感器節(jié)點技術(shù)并組成現(xiàn)場監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點與 GPRS 和 Inter 的無縫連接實現(xiàn)了溫室數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸 [8, 9]。實驗證明， SMS 對于少量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法 [27]。短消息業(yè)務(wù) (short message service， SMS)是 GSM 網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)，利用無線控 制信道進(jìn)行傳輸，性能穩(wěn)定 [28]。具體系統(tǒng)中要選擇哪種通信方式取決于用戶的實際需要，包括對實時性的要求、終端的數(shù)量、通信頻繁程度而定。與 RFID 技術(shù)相比， “紅外編碼通信 ”技術(shù)具有以下優(yōu)點：抗噪聲能力強(qiáng)，發(fā)送、接收之間完全電氣隔離，信號傳輸過程不存在頻率資源分配及電磁兼容問題，紅外信號很難竊??；但同時也存在某些問題，譬如，有源供電模式影響應(yīng)答器的使用壽命且會增加產(chǎn)品重量，另外紅外設(shè)備只能用于生產(chǎn)現(xiàn)場的信息傳輸，但不能滿足目前對產(chǎn)品生產(chǎn)、加工和銷售全程信息跟蹤，不具備后續(xù)過程的延續(xù)性。目前，支持它的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動設(shè)備 （ 如 PDA、手機(jī) ） 上被廣泛使用。將作物生長條件相似的小塊區(qū)域標(biāo)記電子標(biāo)簽，在使用機(jī)器人進(jìn)行精確灌溉、果實成熟度判斷中將極大提高判斷精度，提高工作效率。和傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)相比，RFID 技術(shù)具有識別工作無須人 工干預(yù)、批量遠(yuǎn)距離讀取、對環(huán)境要求低、使用壽命長、數(shù)據(jù)可加密、存儲信息可更改等優(yōu)點。綜合考慮 WiFi 的優(yōu)劣性，認(rèn)為其目前不適合在溫室中廣泛應(yīng)用。 流行幾個版本包括 “a”（ 波段 518GHz 帶寬為 54Mb/s） 、 “b”（ 波段214GHz 帶寬為 11Mb/s） 、 “g”（ 波段 214GHz 帶寬為 22Mb/s） ，規(guī)定了協(xié)議的物理 (PHY)層和媒體接入控制 (MAC)層，并依賴 TCP/IP 作為網(wǎng)絡(luò)層。 ZigBee 技術(shù)的應(yīng)用，有效推動了溫室產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 近幾年來， ZigBee技術(shù)在溫室中的應(yīng)用十分廣泛。 ZigBee 的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需 15ms，節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需 30ms。采用了碰撞避免機(jī)制，同時為要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。傳輸范圍一般在 10~100m 之間，在增加 RF 發(fā)射功率的情況下，相鄰節(jié)點的距離可以達(dá)到 1~3 km，再通過路由器間的通信接力，可以傳輸更遠(yuǎn)。傳輸電流最低可達(dá) 30mA 以下，采用休眠模式 ,發(fā)射功率僅為 1mW，僅靠兩節(jié) 5 號電池就可以維持長達(dá) 6 個月到 2 年左右的使用時間。 藍(lán)牙技術(shù)也同樣引起農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的關(guān)注。主設(shè)備負(fù)責(zé)設(shè)定跳頻序列，從設(shè)備必須與主設(shè)備保持同步。 藍(lán)牙及其應(yīng)用現(xiàn)狀 藍(lán)牙技術(shù)誕生于 1994 年， Ericsson 當(dāng)時決定開發(fā)一種低功耗、低成本的無線接口，以建立手機(jī)及其附件間的通信；藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，是一種近距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)，目的是取代數(shù)據(jù)電纜，實現(xiàn)電子設(shè)備之間低功耗、低成本、短距離的無線連接 [17]。無線通信技術(shù)由近距離、點對點傳輸?shù)募t外技術(shù)，到短距 離、點對多點個人局域網(wǎng)，如藍(lán)牙和 ZigBee，到中距離、多 hop 無線局域網(wǎng)，到長距離的便攜式電話系統(tǒng)，如 GSM/GPRS 和 CDMA等，不同種類的技術(shù)隨著需求的不同而不斷發(fā)展完善，形成了巨大的市場潛力 [14]。此外傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)量多且分散，導(dǎo)致線纜縱橫交錯，作物變更時需重新布置，導(dǎo)致系統(tǒng)安裝與維護(hù)成 本增加。溫室環(huán)境信息獲取與傳輸技術(shù)以及在線監(jiān)測需要運用適宜的現(xiàn)代通信手段來實現(xiàn)。 科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，現(xiàn)代通信技術(shù)迅速向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域滲透。 第二階段為 50 年代到 60 年代，此時頻段擴(kuò)展至 UHF450MHz，移動通信設(shè)備器件已向半導(dǎo)體過渡，大都為移動環(huán)境中的專用系統(tǒng)，并解決了移動電話與公用電話網(wǎng)的接續(xù)問題。無線通技術(shù)按照不同的 要求可劃分為不同的類型。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(xué)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(jī)構(gòu)。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(yīng)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(jī)進(jìn)行處理分析將輸入量與設(shè)定量比較后，輸出開關(guān)量，通過驅(qū)動電路控制各 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 執(zhí)行機(jī)構(gòu) [11]。 上世紀(jì) 80 年代末 90 年代初，在引進(jìn)、吸收、消化的基礎(chǔ)上，我國有關(guān)科研、教學(xué)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。但限于當(dāng)時的技術(shù)水平，嚴(yán)冬季節(jié)這種溫室內(nèi)的光、熱環(huán)境只能維持耐寒性強(qiáng)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。 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(shè)施內(nèi)工作環(huán)境和 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)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。 分析無線通信技術(shù)在現(xiàn)代溫室中的應(yīng)用情況和主要存在的問題對于推進(jìn)我國的室溫監(jiān)測技術(shù)發(fā)展具有很大的現(xiàn)實意義。 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。s overall design, detailed the hardware design of the system, the establishment of the work protocol and software implementation, through the actual running tests, the system is stable and reliable to work long hours, have a certain market value and good prospects for development. Finally, this paper makes prospects of domestic greenhouse development and application of wireless munication technology. Keywords: wireless munication technology, monitoring system for greenhouse, lowpower technology, wireless sensor, ZigBee work 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 III 頁 目 錄 1 緒論 ........................................................................................................................................ 5 課題目的及意義 .......................................................................................................... 5 我國溫室監(jiān)控系統(tǒng)研究狀況 ...................................................................................... 6 無線通信技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r .......................................................................................... 7 2 無線通信技術(shù)及其在我國現(xiàn)代溫室中的應(yīng)用 .................................................................... 9 短距離傳輸技術(shù) .......................................................................................................... 9 藍(lán)牙及其應(yīng)用現(xiàn)狀 ............................................................................................ 9 ZigBee 及其應(yīng)用現(xiàn)狀 ...................................................................................... 10 WiFi 及應(yīng)用現(xiàn)狀 ............................................................................................ 11 RFID 及應(yīng)用現(xiàn)狀 .............