【正文】 第 二 章 自動灌溉系統(tǒng)的設計 第一節(jié) 背景介紹 我國自近代以來 ，隨著農(nóng)業(yè)資本化、企業(yè)化經(jīng)營方式的發(fā)展，純粹農(nóng)業(yè)勞動者的人數(shù)越來越少，大批農(nóng)村人口轉(zhuǎn)化為城市工業(yè)人口，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、勞動力結(jié)構(gòu)等發(fā)生一系列的深 刻變化，最終形成了現(xiàn)代大農(nóng)業(yè)替代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的一場農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力革命。 堅持走中國特色農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路，必須順應當今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的基本趨勢和規(guī)律 。 要解決這樣的矛盾就要從農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的高效率，低成本，低能耗發(fā)展起來。 灌溉模塊，需要實現(xiàn)的 功能有： 警報模塊，需要實現(xiàn)的功能有： 此外，用戶還可以通過手動操作停止正在運行的自動控制程序轉(zhuǎn)換成手工操作模式，并且自動灌溉的每一個功能都能夠在自動控制和手動控制之間轉(zhuǎn)換，并且不會影響其他的功能運行。 并且按時間記錄過去的所有控制器的執(zhí)行信息和出錯信息。 圖 ZIGBEE 灌 溉自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù) 流 圖 操作員 ZIGBEE 灌溉自動控制系統(tǒng) 協(xié)調(diào) 器 登錄 設定自動控制參數(shù) ZIGBEE 無線傳感器 灌溉水泵 分析處理數(shù)據(jù) 采集灌溉數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常 否 彈出警告界面 是 數(shù)據(jù)庫 圖 ZIGBEE 灌溉自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù) ER 圖 操作員 灌溉閥門 灌溉日期范圍 灌溉次數(shù)及周 期 手動 / 自動控制 灌溉水量及時間 灌溉序列 采集 數(shù)據(jù)信息 N 1 已灌水量 工作時間 剩余時間 出錯信息 濕度 累計灌水量 土壤信息 第三節(jié) 總體設計 總體設計的目的 總體設計 又稱為基本概要設計，它 的基本目的就是概括地給出系統(tǒng)實現(xiàn)的方案。 灌溉控制：由操作員界面進入灌溉功能模塊，進入灌溉功能后則可以控制各種灌溉功能，并且每一種功能都可以在自動和手動間單獨切換且不影響其它功能的模式。 Z I GBEE自動灌溉控制系統(tǒng) 操作員界面 灌溉控制 灌溉閥門控制 灌溉日期范圍控制 灌溉次數(shù)及周期控制 灌溉水量及時間設定 灌溉序列設定 警報功能 自動 /手動轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)信息采集 圖 ZIGBEE 灌溉自動控制系統(tǒng)整體架構(gòu)圖 第 三 章 ZIGBEE 自動灌溉系統(tǒng)的實現(xiàn) 第一節(jié) CC2430 芯片的應用 一、 CC2430 芯片簡述 CC2430 是 由 Chipcon 公司推出 的芯片，它是專門 用來實現(xiàn)嵌入式 ZIGBEE 應用的片上系統(tǒng)。 圖 CC2430 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 二、 CC2430 芯片特點 CC2430/CC2431 芯片的主要特點如下： 系統(tǒng)將協(xié)調(diào)器通過串口 RS232 和上位機（ PC）相連，通過人機交互的方式可以對局部監(jiān)測區(qū)域的傳感器進行數(shù)據(jù)采集監(jiān)測，也可對整個監(jiān)測區(qū)域做數(shù)據(jù)融合后，對整個監(jiān)測區(qū)域有宏觀把握。其包括初始化程序 、網(wǎng)絡的建立、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送等。 一、 協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件設計 當協(xié)調(diào)器收到信息時，根據(jù)數(shù)據(jù)的第 1 個標識字符 來判斷是傳感器的網(wǎng)絡地址還是傳感器采集的數(shù)據(jù)。 協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件設計的流程如圖 所示。 一個網(wǎng)絡地址由兩個部分構(gòu)成：一個物理地址（由程序設置）和一個應用層地址即 PORT。在這兩個射頻芯片工作時幀格式已經(jīng)定了第一個字節(jié) 0X00 和 0xff 會被認為是廣播幀。 sLinkToken = 0xDEADBEEF：連接標志。 smplStatus_t nwk_join(void)：網(wǎng)絡加入函數(shù)。 void nwk_setMyAddress(addr_t *addr)：用戶程序手動設置該設 備在網(wǎng)絡中的地址。 MRFI_EnableRxAddrFilter()：打開接收地址匹配。若有，則采集數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)發(fā)給協(xié)調(diào)器，否則繼續(xù)偵聽信道 。第 3 種是在兩個從設備之間傳輸數(shù)據(jù)。消息分直接消息 (指定了目標地址 )和非直接消息 (僅定義了源節(jié)點、源端點和簇 ,沒有指定目標地址 )。 協(xié)議棧使用以下 APL 訪問函數(shù)接收數(shù)據(jù)包。 結(jié) 論 我國作為一個水資源缺乏的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是必然的發(fā)展趨勢，在這樣的背景下我針對用戶可能出現(xiàn)的需求提出了基于 ZigBee 灌溉自動控制系統(tǒng)的設計方案，并針對 ZIGBEE 的組網(wǎng)模式設計了傳感節(jié)點?，F(xiàn)階段 我國農(nóng)業(yè)雖然在向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展 ,在精確農(nóng)業(yè)應用中 ,采用無線電傳播這種方式 ,但是其 功耗高、時延長、安全性無保障等諸多限制性因素制約了無線電 傳播的發(fā)展 ,使我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的普及陷入了困境，因此 我國大部分地區(qū)仍采用傳統(tǒng)農(nóng)業(yè) ,技術(shù)上也仍然停留在 在使用孤立的、沒有通信能力的機械設備 ,主要依靠人力監(jiān)測作物的生長狀況水平上 ,從而也限制了我國農(nóng)業(yè) 現(xiàn)代化和自動化 的發(fā)展。因此 ,發(fā)展普及 ZIGBEE 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用對于我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展有著十分重要的意義。我衷心的感謝他們在我大學階段的學習和生活等各方面給予我的關心和培養(yǎng)，感謝他們的耐心指導。 。我能完成這篇論文是離不開學校對我的培養(yǎng)和老師對我的支持的，感謝他們對我的教導和支持！ 最后感謝審閱本論文的所有專家和參加答辯的專家。首先我要感謝我的導師黃海輝 老師， 在完成論文的過程中，他給了我很大的幫助和支持，不僅給我提供了一個清晰的思路， 同時也指導了我寫這樣的論文應該找哪些資料 。而這樣的技術(shù)在應用成熟后也會憑借其網(wǎng)絡化、智能化、自動化的優(yōu)點投入到其它更多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應用中。 本論文主要完成以下工作 : 根據(jù)客戶需求做出了詳細全面的 ZIGBEE 灌溉自動控制系統(tǒng)的需求分析和設計方案 采用 CC2430 芯片為核心芯片，配合外圍器件，設計了一種 低成本的簡單傳感器節(jié)點方案。這個函數(shù)將使用用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存數(shù)據(jù) ,設置已收到數(shù)據(jù)的標志位。消息發(fā)送以 ,協(xié)議棧會向父節(jié)點路由此消息。 下面分別介紹數(shù)據(jù)發(fā)送和接收程序中用的主要函數(shù)： 應用程序通過調(diào)用 aplSendMSG()函數(shù)發(fā)送消息包。 開 始設 備 初 始 化是 否 加 入 網(wǎng) 絡 ？設 備 嘗 試 加 入 網(wǎng) 絡將 網(wǎng) 絡 地 址 發(fā) 給 協(xié) 調(diào) 器輪 詢 數(shù) 據(jù)是 否 有 采 集 請 求 ？采 集 數(shù) 據(jù) 發(fā) 給 協(xié) 調(diào) 器是否是否發(fā) 送 動 作 指 令給 終 端 設 備數(shù) 據(jù) 是 否 在 執(zhí) 行控 制 的 范 圍 ？終 端 執(zhí) 行 動 作 命 令是否 圖 傳感器程序流程圖 三、 數(shù)據(jù)傳輸 ZigBee技術(shù) 的數(shù)據(jù)傳輸模式分為 3種數(shù)據(jù)傳輸類型 :第 1種是從設備向主協(xié)調(diào)器送數(shù)據(jù) 。 設備上電后將掃描信道，加入合適的網(wǎng)絡 ，加入網(wǎng)絡后將把 16 位網(wǎng)絡地址發(fā)給協(xié)調(diào)器。 addr_t const *nwk_getAPAddress(void)：取回設備網(wǎng)絡的地址，即設備所在 AP 的地址。 void nwk_globalsInit(void) ：初始化該設備網(wǎng)絡中的四字節(jié)地址，將存放于 ROM 中的地址調(diào)入 RAM 中方便以后調(diào)用。 void saveAddress(mrfiPacket_t *frame)： AP 存放加入進來的終端設備地址。 下面介紹協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡時用到的關鍵程序函數(shù)。物理地址的長度限制在四個無符號字節(jié)以內(nèi)。數(shù)據(jù)中心為終端節(jié)點 (End Devices)提供數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)等，并管理網(wǎng) 絡內(nèi)設備成員權(quán)限、連接權(quán)限以及安全等。這時，需要把該數(shù)據(jù)存到臨時數(shù)組里，依據(jù)地址表采集下一個傳感器的數(shù)據(jù)信息，待把整個監(jiān)測區(qū)域的傳感器數(shù)據(jù)采集完畢后，根據(jù)臨時數(shù)組里的數(shù)據(jù)做融合，并把最終結(jié)果顯示給用戶。 Release 目標代碼的地址定義在 Flash 中 ,最終大部分在 Flash 中執(zhí)行。為實現(xiàn)這一功能，必須知道每個傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡地址，這就需要每個傳感器設備在加入網(wǎng)絡后把網(wǎng)絡地址發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器收到傳感器網(wǎng)絡地址后建立地址表存儲起來，以便用戶要求采集數(shù)據(jù)時依 據(jù)地址表來采集每個傳感器的 數(shù) 據(jù)。