【文章內容簡介】 展。 ② 溫室內種植 農作物，空間布實線進行傳感器通訊很不方便，本項目采用 zigbee 無線技術進行通訊，一方面解決了系統安裝 難 、布置 難 的問題，另一方面也達到了節(jié)能、網絡管理 簡易 和降低投入成本等功能和特點，是一種理想的溫室農作物監(jiān)控系統方案。 項目創(chuàng)新之處 ： ① 以 zigbee 無線傳感網作為主要技術 的溫室作物測控系統，有節(jié)能、網絡布控和擴展方便、易于控制等特點；結合多種成長參數傳感器，形成完整的測控系統，可以實時對作物生長作出控制、預警。 ② 對監(jiān)控參數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 系統中包含閉環(huán)控制的智能執(zhí)行裝置，如開關角度和方向可以受控的日照窗、遮陽網、可以噴淋普通灌溉水和藥水的智能噴淋系統等。 要達到的主要技術、經濟指標及社會、經濟效益 ①技術指標 建立基于無線傳感網的溫室農作物成長參數測控 系統， 系統指標主要有： 系統可測控的成長參數不少于溫度、濕度、光照、土壤水分、 CO2濃度 這基本的五項； 測控模型準確，調控效果明顯， 農 產品 產量 增幅顯著 ，增幅在 10％左右 ； 系統適應性強， 穩(wěn)定性好， 農民操作難度小； 系統待機長，子節(jié)點更換電池時間控制在兩個月以上。 ②社會效益 通過技術更新與產業(yè)結構調整，帶動農民科技致富，激發(fā)農民勞動的積極性，增加農民收入，促進 溫室種植 產業(yè)的蓬勃發(fā)展。 ③經濟 指標及 效益 按每個溫室 種植農戶 10 畝溫室大棚投資 3 萬元計算，本系統可增加 農產品 畝產量 600 斤 ,每斤按 3 元錢計算 ,每年可增加農 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 可收回投資 ，可謂一次投資，終生受益 。 三、研究試驗方法、技術路線以及工藝流程 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 硬件系統開發(fā)；另一條線是軟件開發(fā)，其中包括 了 對 參數控制模型和參數閥值的確定。 參照大型通訊企業(yè)華為的管理方式， 采用“ 產品設計 ， 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計的同時，就要開始軟件系統的 底層 驅動和 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。 技術路線 具體的技術路線可以分為兩條，一條硬件 研發(fā)路線 ；一條軟件 研發(fā)路線 ，其中硬件的技術路線如下圖 1 所示 ： 原 理 圖 繪 制、器 件 采 購（同時開始軟件驅動開發(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 傳 感 器 、存 儲 器 、攝 像 頭、 L C D 、時鐘 、電 源 等PC B 設計和單板加工單板回板、檢查和小系統調試，進行基本傳感器讀寫驗證配合完整的操作系統進行各節(jié)點聯合調試各節(jié)點配合實施機構進行現場試驗收 集 硬 件問 題改板 圖 1 硬件 開發(fā)技術路線 示意圖 具體硬件 研發(fā)時的主要技術 問題 及解決方案 ： ① 軟件需要確定 CPU 的 主頻、內部 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；收集農戶的耕種、安裝、使用意見，做到產品設計從開始就是正確的、有依據的。 ② 設計多傳感器的主、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作物的生長和維護。 ③ 傳感網節(jié)點設 計需要充分考慮擴展性 和兼容性 ，根據不同的作物，方便更換、升級測量傳感器， 在原理圖和 PCB設計時，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，比如作物經常澆灌偏堿性或偏酸性肥料，那么在 PCB 和結構設計時就需要做好防腐蝕設計，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 主 節(jié)點 的 系統功能框圖如圖 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 傳感網主節(jié)點設計硬件框圖 以上是硬件研發(fā)的技術路線描述，下面 就軟件技術路線做一個規(guī)劃和闡述。 首先， 軟件在項目初期需要評估系統資源需求，根據系統軟件的容量選擇適合 主頻 的 CPU和內存大小等硬件資源； 一般 linux操作系統，在內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級數和容量、主頻大小、流水線級數等指標，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計。此階段的關鍵是 根據器件型號、廠家提供的驅動進行修改、對接， 保證各個部分的驅動程序都能夠嫁接到linux上， 保證整個小系統下的驅動沒有問題。 最后需要把各個關鍵端口驅動做到大小 boot中去，部分驅動待 boot起來后再進行加載，保證小系統能夠正常 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合調試，保證單板小系統可以正常運行。 驅動、 boot 完成后是形成系統軟件 階段， 加入各種應用程序形成一個軟件系統，即 一個 完整的操作系統。 最后是和硬件聯調，在調試中發(fā)現軟件或者硬件問題，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。 軟件技術路線的示意圖如圖 3所示。 軟 件 驅 動、 b o o t 開 發(fā)（同 時 開 始 原 理 圖 繪制）軟 件 評 估 系 統 資 源小系統聯調、系 統 軟 件生 成整 個 操 作 系 統 的 調 測實 地 完 整 功 能 性、性能 測 試收 集 軟件問 題 并紀 錄、保 存 到 版本 庫 中升級 圖 3 軟件開發(fā)技術路線示意圖 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。上文已經分別闡述了，這里不再贅述。 軟 件 驅