【文章內(nèi)容簡介】 展。 ② 溫室內(nèi)種植 農(nóng)作物，空間布實線進行傳感器通訊很不方便，本項目采用 zigbee 無線技術(shù)進行通訊，一方面解決了系統(tǒng)安裝 難 、布置 難 的問題，另一方面也達到了節(jié)能、網(wǎng)絡(luò)管理 簡易 和降低投入成本等功能和特點，是一種理想的溫室農(nóng)作物監(jiān)控系統(tǒng)方案。 項目創(chuàng)新之處 ： ① 以 zigbee 無線傳感網(wǎng)作為主要技術(shù) 的溫室作物測控系統(tǒng)，有節(jié)能、網(wǎng)絡(luò)布控和擴展方便、易于控制等特點；結(jié)合多種成長參數(shù)傳感器，形成完整的測控系統(tǒng)，可以實時對作物生長作出控制、預(yù)警。 ② 對監(jiān)控參數(shù)進行分析后進行智能控制，對于模型中低級別問題進行自行閉環(huán)控制 ； 對于較大問題或異常問題進行報警。 ③ 系統(tǒng)中包含閉環(huán)控制的智能執(zhí)行裝置，如開關(guān)角度和方向可以受控的日照窗、遮陽網(wǎng)、可以噴淋普通灌溉水和藥水的智能噴淋系統(tǒng)等。 要達到的主要技術(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)及社會、經(jīng)濟效益 ①技術(shù)指標(biāo) 建立基于無線傳感網(wǎng)的溫室農(nóng)作物成長參數(shù)測控 系統(tǒng)， 系統(tǒng)指標(biāo)主要有： 系統(tǒng)可測控的成長參數(shù)不少于溫度、濕度、光照、土壤水分、 CO2濃度 這基本的五項； 測控模型準(zhǔn)確，調(diào)控效果明顯， 農(nóng) 產(chǎn)品 產(chǎn)量 增幅顯著 ，增幅在 10％左右 ； 系統(tǒng)適應(yīng)性強， 穩(wěn)定性好， 農(nóng)民操作難度?。?系統(tǒng)待機長，子節(jié)點更換電池時間控制在兩個月以上。 ②社會效益 通過技術(shù)更新與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，帶動農(nóng)民科技致富，激發(fā)農(nóng)民勞動的積極性，增加農(nóng)民收入，促進 溫室種植 產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。 ③經(jīng)濟 指標(biāo)及 效益 按每個溫室 種植農(nóng)戶 10 畝溫室大棚投資 3 萬元計算，本系統(tǒng)可增加 農(nóng)產(chǎn)品 畝產(chǎn)量 600 斤 ,每斤按 3 元錢計算 ,每年可增加農(nóng) 民收入600*10（畝） *3=18000元，另外減少了勞動力投入，按每人每月 1000元， 1000*2（人） *12=24000元。 可以做到一年內(nèi) 可收回投資 ，可謂一次投資，終生受益 。 三、研究試驗方法、技術(shù)路線以及工藝流程 研究試驗方法 采用公司 的項目管理方式進行管理， 主要分為兩條線進行開發(fā)：一條線是 硬件系統(tǒng)開發(fā)；另一條線是軟件開發(fā)，其中包括 了 對 參數(shù)控制模型和參數(shù)閥值的確定。 參照大型通訊企業(yè)華為的管理方式， 采用“ 產(chǎn)品設(shè)計 ， 軟件 先 行 ” 的開發(fā)策略，因為在開發(fā)過程中，軟件開發(fā)和調(diào)試往往占到 了 較大的比重和項目周 期，所以在硬件原理圖設(shè)計的同時，就要開始軟件系統(tǒng)的 底層 驅(qū)動和 大小 boot 的開發(fā)， 保證兩條線同時走，省去軟件等待硬件的時間。 待硬件回板后即可加載小系統(tǒng)測試，這樣可以最大限度地節(jié)省開發(fā)周期和開發(fā)成本。 技術(shù)路線 具體的技術(shù)路線可以分為兩條，一條硬件 研發(fā)路線 ；一條軟件 研發(fā)路線 ，其中硬件的技術(shù)路線如下圖 1 所示 ： 原 理 圖 繪 制、器 件 采 購（同時開始軟件驅(qū)動開發(fā)）確 定 主、從 節(jié) 點 的 硬件 方 案 ：包 括 C P U 、z i g b e e 套 片、成 長 參數(shù) 傳 感 器 、存 儲 器 、攝 像 頭、 L C D 、時鐘 、電 源 等PC B 設(shè)計和單板加工單板回板、檢查和小系統(tǒng)調(diào)試，進行基本傳感器讀寫驗證配合完整的操作系統(tǒng)進行各節(jié)點聯(lián)合調(diào)試各節(jié)點配合實施機構(gòu)進行現(xiàn)場試驗收 集 硬 件問 題改板 圖 1 硬件 開發(fā)技術(shù)路線 示意圖 具體硬件 研發(fā)時的主要技術(shù) 問題 及解決方案 ： ① 軟件需要確定 CPU 的 主頻、內(nèi)部 Cache 的 容量、存儲器 的大小等資源的最小值 ，除了滿足以上操作系統(tǒng)必需的資源外， 硬件還要綜合考慮各種接口的需求、功耗、成本、體積、升級等諸多問題 ，包括后續(xù)安裝的便利性對產(chǎn)品形態(tài)的要求。 在器件選型這一塊上需要綜合各個方面的需求，實地考察溫室、大棚的實際情況；收集農(nóng)戶的耕種、安裝、使用意見，做到產(chǎn)品設(shè)計從開始就是正確的、有依據(jù)的。 ② 設(shè)計多傳感器的主、從節(jié)點時， 盡量選擇低功耗、多通道的采集芯片，比如采用多通道的 A/D轉(zhuǎn)換器，這樣不但可以減小節(jié)點功耗，還可以減小節(jié)點體積，更適合安裝在作物中間而不影響農(nóng)作物的生長和維護。 ③ 傳感網(wǎng)節(jié)點設(shè) 計需要充分考慮擴展性 和兼容性 ，根據(jù)不同的作物，方便更換、升級測量傳感器， 在原理圖和 PCB設(shè)計時，盡量選擇可以 pin to pin 兼容的器件，便于后期升級和拓展。 ④ 充分考慮傳感網(wǎng)節(jié)點的使用場景環(huán)境，做好各種可靠性測試，比如作物經(jīng)常澆灌偏堿性或偏酸性肥料，那么在 PCB 和結(jié)構(gòu)設(shè)計時就需要做好防腐蝕設(shè)計，如在機殼外涂上 鋅層；比如溫室所在地區(qū)雷、雨頻繁，那么在硬件設(shè)計時就要考慮到接地和防雷，比如在 zigbee天線口加空氣放電管進行避雷、在 機殼處的 PCB 處留出接地點，同時保證強電、弱點 的 絕對隔離。 無線傳感網(wǎng) 主 節(jié)點 的 系統(tǒng)功能框圖如圖 2所示 ，子節(jié)點除了沒有CPU、 LCD等以 外 （圖中虛線所示） ，其他器件基本都保留，這里就不再提供圖示。 CPU CX94615L C D 接口SPI 接口G P I O /串口存儲器接口各傳感器NAND Flash and SDRAMZigbeeJTAG電源 / 時鐘LCD模塊攝像頭 圖 2 傳感網(wǎng)主節(jié)點設(shè)計硬件框圖 以上是硬件研發(fā)的技術(shù)路線描述，下面 就軟件技術(shù)路線做一個規(guī)劃和闡述。 首先， 軟件在項目初期需要評估系統(tǒng)資源需求，根據(jù)系統(tǒng)軟件的容量選擇適合 主頻 的 CPU和內(nèi)存大小等硬件資源； 一般 linux操作系統(tǒng)，在內(nèi)核和部分擴展功能使用的情況下， 4M Flash、 16M SDRAM即可完成 主要的功能，就此項目而言，甚至更少 即可滿足，待仔細評估后給出具體要求。 CPU方面，主要考慮 cache級數(shù)和容量、主頻大小、流水線級數(shù)等指標(biāo)，基本上 ARM7以上的均可滿足此方案的需求。 再者，器件評估完畢后需要進行驅(qū)動程序開發(fā)和大小 boot開發(fā)，此時硬件同步進行原理圖設(shè)計。此階段的關(guān)鍵是 根據(jù)器件型號、廠家提供的驅(qū)動進行修改、對接， 保證各個部分的驅(qū)動程序都能夠嫁接到linux上， 保證整個小系統(tǒng)下的驅(qū)動沒有問題。 最后需要把各個關(guān)鍵端口驅(qū)動做到大小 boot中去，部分驅(qū)動待 boot起來后再進行加載，保證小系統(tǒng)能夠正常 工作，重要端口能夠進行基本的讀寫操作。 此階段完成后，硬件單板回板，軟件人員需要和硬件人員進行聯(lián)合調(diào)試，保證單板小系統(tǒng)可以正常運行。 驅(qū)動、 boot 完成后是形成系統(tǒng)軟件 階段， 加入各種應(yīng)用程序形成一個軟件系統(tǒng)，即 一個 完整的操作系統(tǒng)。 最后是和硬件聯(lián)調(diào)，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)軟件或者硬件問題，最后形成閉環(huán)改進，通過版本升級或者打補丁的方式進行修改，對于所修改點進行詳細紀(jì)錄，保證最后成品版本的正確性。實際的做法是建立一個版本庫，里面不但放置每個版本，同時有更新、更改日志，保證軟件的管理符合軟件工程的要求， 從制度上保證軟件的可 靠性。 軟件技術(shù)路線的示意圖如圖 3所示。 軟 件 驅(qū) 動、 b o o t 開 發(fā)（同 時 開 始 原 理 圖 繪制）軟 件 評 估 系 統(tǒng) 資 源小系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、系 統(tǒng) 軟 件生 成整 個 操 作 系 統(tǒng) 的 調(diào) 測實 地 完 整 功 能 性、性能 測 試收 集 軟件問 題 并紀(jì) 錄、保 存 到 版本 庫 中升級 圖 3 軟件開發(fā)技術(shù)路線示意圖 整個項目的開發(fā)工藝流程圖如圖 4所示，整個流程圖展開后即可分為兩個主線，一個是硬件研發(fā)工藝流程，另一個是軟件研發(fā)流程。上文已經(jīng)分別闡述了，這里不再贅述。 軟 件 驅(qū)