【正文】 ZOSK是一種采用了NDIR紅外技術(shù)的固態(tài)光電傳感器，在進(jìn)行二氧化碳濃度采集的同時還可以進(jìn)行溫度補(bǔ)償，非常適用于溫度和二氧化碳同時測量的環(huán)境。GSSCZOSK具有體積小、使用時間長、強(qiáng)穩(wěn)定勝等特點。GSSCZOSK紅外二氧化碳(C02)。 對于系統(tǒng)來說，能否將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量與無線通信模塊的性能息息相關(guān)，我們選擇射頻芯片CC2520和射頻放大前端CC2591作為無線通信模塊的主要組成部分。 CC2520是被業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用的射頻收發(fā)器，也是TI公司旗下非常著名的產(chǎn)品，可以提供最先進(jìn)的工業(yè)級應(yīng)用，CC2520可以在一400C至+125 0C溫度范圍內(nèi)正常工作，具有非常優(yōu)秀的接受靈敏度和共存性能，有極好的連接性能和非常優(yōu)越的鏈路估計，可低電壓工作。 ，能夠通過提高輸出功率的功率放大器和增強(qiáng)接收靈敏度的LNA(低噪聲放大器)來增加鏈路預(yù)算，從而顯著增加無線系統(tǒng)的覆蓋范圍。 CC2591含有PA(功率放大器)、LNA、開關(guān)、射頻匹配和不平衡變壓器，可以與TI所有的射頻收發(fā)器和片上系統(tǒng)解決方案相結(jié)合。CC2591具有可連接到TI射頻器件的無縫接口、高達(dá)22dBm的輸出功率、斷電時僅100nA等特性，能夠通過HGM引腳數(shù)字控制LAN增益，所以CC2591廣泛應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線消費(fèi)類電子系統(tǒng)以及IEEE ⑧系統(tǒng)中。 MSP430F5438微處理器與射頻芯片CC2520是以主從控制模式工作的。 MSP430F5438微處理器作為主機(jī)，射頻芯片CC2520作為從機(jī)，主機(jī)通過SPI編程來控制從機(jī)。從機(jī)的SFD, FIFO, FIFOP和CCA 4個引腳表示數(shù)據(jù)的收發(fā)狀態(tài)，主機(jī)通過CSn片選引腳控制數(shù)據(jù)收發(fā)的同步性，采取識別從機(jī)FIFO等管腳狀態(tài)的方式完成數(shù)據(jù)的收發(fā)操作，從機(jī)中含有各種功能的寄存器，主機(jī)對這些寄存器的操作可以完成從機(jī)工作狀態(tài)的設(shè)置。4. 3傳感器節(jié)點的軟件設(shè)計4. 3. 1節(jié)點軟件開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)傳感器節(jié)點軟件開發(fā)環(huán)境選擇了瑞典IAR System公司推出的IAR EmbeddedWorkbench (IAR EW)，IAR EW的C/C++交叉編譯器和調(diào)試器是當(dāng)今包容性最強(qiáng)、代碼繼承能力最大且效率非常高的代碼開發(fā)框架，它的功能非常強(qiáng)大，在Windows環(huán)境下，不僅可以支持C/C++代碼的開發(fā)，同時可以實現(xiàn)各種應(yīng)用項目的管理。IAR EW對不同的微處理器提供一樣的直觀用戶界面，目前己支持35種以上的8位、16位和32位ARM的微處理器機(jī)構(gòu)IAR 。 ZStack協(xié)議棧研究 ZigBee20071PR0協(xié)議棧是TI公司基于ZigBee2007協(xié)議規(guī)范開發(fā)的協(xié)議棧，支持TI的MSP430等低功耗微處理器及新一代ZigBee芯片CC2520，該協(xié)議棧以半開源的形式開放，以庫形式出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)層可以提供全功能的API函數(shù)集，用戶可以根據(jù)自己的需要修改底層驅(qū)動，方便于程序員的開發(fā)。ZStack協(xié)議棧由多個文件夾中的內(nèi)容組成，每個文件夾中內(nèi)容的功能不同且各個文件夾屬于不同的層次。4. 3. 3網(wǎng)絡(luò)組建 本系統(tǒng)所實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是基于ZigBee協(xié)議的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(ZigBeeWMNs) ，該網(wǎng)絡(luò)中有3種類型的設(shè)備，ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器和ZigBee終端設(shè)備。ZigBee協(xié)調(diào)器是啟動和配置網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，同時協(xié)調(diào)器可以與網(wǎng)絡(luò)以外的設(shè)備進(jìn)行通信，起到網(wǎng)關(guān)的作用，一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)只允許有一個協(xié)調(diào)器。ZigBee路由器是負(fù)責(zé)路徑發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)的設(shè)備，可以采集數(shù)據(jù)，同時完成路由的工作，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和樹形網(wǎng)絡(luò)可以有多個路由器，星型網(wǎng)絡(luò)不支持路由器。ZigBee終端設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和簡單的控制，本系統(tǒng)中的終端節(jié)點只能完成數(shù)據(jù)采集和返回數(shù)據(jù)的工作，一個網(wǎng)絡(luò)中可以有多個終端設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)組建過程如下: （1）協(xié)調(diào)器組建網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點首先要打開電源供電，供電后完成系統(tǒng)的初始化才可以建立網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)必須滿足如下條件:節(jié)點具有ZigBee協(xié)調(diào)器功能且沒有加入到其他網(wǎng)絡(luò)中。所以協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)要檢測節(jié)點是否滿足上述條件，不滿足條件的節(jié)點發(fā)起的建網(wǎng)進(jìn)程會被網(wǎng)絡(luò)層管理實體終止，建網(wǎng)失敗。滿足條件的節(jié)點會執(zhí)行信道掃描，信道掃描包括能量掃描和主動掃描兩個過程，用戶首先對指定的物理層所有默認(rèn)的信道進(jìn)行能量掃描，獲得每一個信道的能量值，按照能量值由小到大的順序?qū)⑦@些信道排列，能量值超出允許范圍的信道被棄用，接著對允許范圍內(nèi)的信道執(zhí)行主動掃描，找到可以組建新網(wǎng)絡(luò)的信道，該信道通常是當(dāng)前時刻存在網(wǎng)絡(luò)數(shù)目最少的信道。掃描過程中如果找不到可以組建網(wǎng)絡(luò)的信道，要通知上層網(wǎng)絡(luò)建立失敗，繼續(xù)掃描。如果掃描到合適的信道，協(xié)調(diào)器需要配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)管理實體會為新的網(wǎng)絡(luò)選擇一個小于等于Ox3fff且不等于Oxffff的PAN描述符(PAN ID) ， PAN ID在所選信道內(nèi)是唯一的，如果沒有符合條件的PAN ID，網(wǎng)絡(luò)建立失敗。選定PAN ID后，網(wǎng)絡(luò)管理實體會為協(xié)調(diào)器選擇16位的網(wǎng)絡(luò)地址。配置好網(wǎng)絡(luò)參數(shù)后，協(xié)調(diào)器啟動并運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的同時等待其他沒務(wù)加入網(wǎng)絡(luò)。 (2)路山器和終端設(shè)各加入網(wǎng)絡(luò) 路由器和終端節(jié)點上電并完成系統(tǒng)初始化后，同樣要執(zhí)行信道掃描，通過信道掃描發(fā)現(xiàn)信道中存在的網(wǎng)絡(luò)，并接收包含YAN ID在內(nèi)的信標(biāo)幀，信標(biāo)幀信息包括信標(biāo)設(shè)備的地址、是否允許連接以及信標(biāo)凈載荷，如果信標(biāo)凈載荷域里的協(xié)議與自己的協(xié)議ID相同，設(shè)備會將匹配的信標(biāo)幀的相關(guān)信息保存。信道掃描完成后，根據(jù)掃描到的網(wǎng)絡(luò)的描述符，設(shè)備會選擇一個網(wǎng)絡(luò)加入設(shè)備會向協(xié)調(diào)器發(fā)送入網(wǎng)請求，得到協(xié)調(diào)器的允許后，路山器和終端設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。 數(shù)據(jù)能夠高效的傳輸是網(wǎng)絡(luò)程廠獷開發(fā)的緞終}1的木系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)從被采集到址終被傳至土位機(jī)，數(shù)據(jù)的傳輸經(jīng)歷了如下四個過程:（1） 終端節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù) 終端節(jié)點采集到數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合以后，就要發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)時，首要按照協(xié)議中規(guī)定的幀形式構(gòu)建幀數(shù)據(jù)，幀數(shù)據(jù)包括幀頭和幀內(nèi)容，其中幀頭包括幀類型、源地址、目的地址、PAN, CLUSTERID等信息，幀內(nèi)容包括環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)和電池電壓值等。然后對信道進(jìn)行偵聽，檢測到信道空閑便立即啟動SPI總線驅(qū)動進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。 (2)路由節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 當(dāng)路由節(jié)點接收到一個數(shù)據(jù)包以后，該數(shù)據(jù)包首先要經(jīng)過MAC層和NWK層的解析以確定該包的目的地址，解析出的目標(biāo)地址決定路由節(jié)點的下一步操作，如果解析出的目的地址與該路由節(jié)點的節(jié)點地址相同，路由節(jié)點會將數(shù)據(jù)包打開進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如果數(shù)據(jù)包的目的地址不是本節(jié)點，路由節(jié)點此時的功能即為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，路由節(jié)點要分析出下一跳節(jié)點地址，將數(shù)據(jù)發(fā)給下一跳節(jié)點。 (3)協(xié)調(diào)器節(jié)點接收數(shù)據(jù) ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點或者路由器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)層必須保證無論什么時候接收機(jī)總是處于接收狀態(tài)。協(xié)調(diào)器節(jié)點接收到數(shù)據(jù)以后，SFD被觸發(fā)，管腳由低電平變成高電平，進(jìn)而觸發(fā)瑯Q中斷，中斷服務(wù)程序會調(diào)用相關(guān)的函數(shù)進(jìn)行接收數(shù)據(jù)的處理，經(jīng)過處理后，數(shù)據(jù)會被交由ZigBee協(xié)議棧的MAC層進(jìn)行進(jìn)一步處理。 (4)協(xié)調(diào)器節(jié)點將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī) 協(xié)調(diào)器節(jié)點通過UART與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制指令的交互。交互程序開始以后，協(xié)調(diào)器首先要對UART進(jìn)行相應(yīng)的初始化:使能UART，規(guī)定起始位、停止位、奇偶校驗位和流控制方式，同時打開UART的收發(fā)中斷設(shè)置數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)通信波特率。初始化完成以后，當(dāng)有數(shù)據(jù)收發(fā)任務(wù)時，協(xié)調(diào)器節(jié)點就可以執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或接收上位機(jī)發(fā)出的控制指令。第五章 智能監(jiān)測處理中心的設(shè)計與實現(xiàn)5. 1智能監(jiān)測處理中心開發(fā)平臺概述 智能監(jiān)測處理中心基于B/S (Browser/Server)架構(gòu)Ian，使用HTML, java, JSP等語言設(shè)計開發(fā)。HTML(超義本標(biāo)記語占)是B/s架構(gòu)卜網(wǎng)絡(luò)web語言的基礎(chǔ)，通過嵌入代碼或標(biāo)記來表明義本格式，可以實現(xiàn)創(chuàng)建顯示W(wǎng)eb頁和創(chuàng)建表單web等基礎(chǔ)操作，并可以輕松實現(xiàn)與Javascript的互操作。lava是Sun公司開發(fā)出的程序沒計語言和開發(fā)平臺的總稱，在java SE, Java ME和java EE 三個版木中，本系統(tǒng)選用以B/S作為主要開發(fā)模式的Java EE，它可以提供多種組建和服務(wù)。JSP是一種動態(tài)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),JSP頁面由 HTML代碼和嵌入其中的Java代碼所組成，實現(xiàn)了Html語法中的Java的擴(kuò)張，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫操作、網(wǎng)頁的重新定向和發(fā)送E mail等功能，具備建立動態(tài)網(wǎng)站所需要的全部功能。 智能監(jiān)測處理中心，是在MyFclipse環(huán)境下進(jìn)行編寫的。MyLclipse是Eclipse的插件集合，主要用來開發(fā)Java和Java EE。它的功能十分強(qiáng)大，可‘以完成用代碼程序開發(fā)項目過程中的各種功能，支持Javascript,JSP, SQL等多種Java開發(fā)功能。5. 2智能監(jiān)測處理中心總體設(shè)計 智能監(jiān)測處理中心是系統(tǒng)的核心部分。在該部分中，用戶可以登錄進(jìn)入本系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)點環(huán)境參數(shù)查看、設(shè)備運(yùn)行狀況查詢以及各種綜合管理，整個系統(tǒng)通過Tomcat服務(wù)器在線發(fā)布，用戶可以在任何一臺與Internet相連的PC機(jī)上登錄本系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和系統(tǒng)管理。智能監(jiān)測處理中心中設(shè)計了多個為用戶服務(wù)的模塊，具體介紹如下: (1)用戶管理 為了便于多個用戶進(jìn)行系統(tǒng)查詢，在Web客戶端添加用戶管理模塊，可以增加刪除用戶，并對原有用戶的密碼進(jìn)行修改。 (2)閥值管理 對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行閡值的設(shè)置與查詢。不同的季節(jié)，農(nóng)作物的生長有不同的最佳環(huán)境參數(shù)，當(dāng)監(jiān)測結(jié)果超過設(shè)置的最佳閡值范圍，會有相應(yīng)的報警提示，農(nóng)戶需要進(jìn)行相應(yīng)處理。 (3)節(jié)點管理 對節(jié)點的基本功能進(jìn)行說明，并記錄節(jié)點的位置、節(jié)點電池更換時間、節(jié)點使用總時間等基本信息。 (4)數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)管理主要包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理三部分。協(xié)調(diào)器節(jié)點接收到數(shù)據(jù)串口，當(dāng)串口有數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲。同時，為了使用戶更直觀的了解農(nóng)田環(huán)境參數(shù)變化對農(nóng)作物生長的影響，為科學(xué)種植提供依據(jù)，智能監(jiān)測處理中心對傳感器上傳的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行了不同功能的曲線繪制，用戶不僅可以對不同位置、不同時刻的傳感器節(jié)點監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行查詢，還可以通過與闌值曲線的對比了解農(nóng)作物周圍的環(huán)境情況。 當(dāng)用戶遞交查詢數(shù)據(jù)的命令后，程序根據(jù)用戶遞交的查詢命令，通過JSP對MYSQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作后再將信息解析給客戶端，獲得環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)同時也可以使用Jfreechart組件繪制實時的動態(tài)曲線圖，該曲線對某個傳感器節(jié)點或者多個傳感器節(jié)點的環(huán)境參數(shù)采集值進(jìn)行描點劃線顯示。5. 3智能監(jiān)測處理中心前臺界面設(shè)計 系統(tǒng)的前臺界面是用戶與系統(tǒng)傳遞和交換信息的媒介，是在B/S (Browser/Server)模式下用戶與系統(tǒng)交互的重要部分，通過界面設(shè)計，不僅能讓用戶明白功能操作，迅速的完成信息輸入、控制操縱和查詢等操作，同時可以將作品本身的信息更加順暢的傳遞給用戶，提高工作效率。本系統(tǒng)的前臺界面采用動態(tài)Web設(shè)計，動態(tài)Web最大的特點是交互性，即服務(wù)器會自動根據(jù)用戶的不同請求顯示不同的結(jié)果。根據(jù)功能實現(xiàn)的不同，本系統(tǒng)的主要界面為登錄界面、主界面和數(shù)據(jù)管理界面。5. 3. 1登錄界面 在所有界面設(shè)計中，登錄界面最先完成，該界面是用戶進(jìn)入到智能監(jiān)測處理中心后最先看到的界面，在該界面中，用戶可以根據(jù)已經(jīng)注冊的賬號和密碼進(jìn)行登錄操作。如果用戶要完成登錄操作，一定要有一個表單頁，此頁面可以輸入用戶的登錄ID和密碼，然后將這些信息提交到一個驗證的JSP頁面上進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的操作驗證，如果可以查詢到用戶名和密碼，那么就表示該用戶是合法用戶，則可以跳轉(zhuǎn)到登錄成功頁，顯示歡迎信息、:如果沒有查詢到，則表示該用戶不是合法用戶，應(yīng)該跳轉(zhuǎn)到錯誤頁進(jìn)行提示。5. 3. 2主界面 用戶登錄成功以后，就會進(jìn)入到系統(tǒng)的主界面。智能監(jiān)測處理中心的用戶管理、參數(shù)管理、節(jié)點管理與數(shù)據(jù)管理功能均在主界面中得到體現(xiàn)，除此之外，主界面中還包括了對本系統(tǒng)的版權(quán)聲明和系統(tǒng)使用說明。 在主頁面中，向各個功能頁面的成功跳轉(zhuǎn)具有非常重要的意義，是實現(xiàn)監(jiān)測軟件的前提，本系統(tǒng)采用如下代碼進(jìn)行實現(xiàn): centerhla hrefa_data_ class=leftfont03 onClick=(39。a_data 39。)。數(shù)據(jù)管理/a/h 1 /center ()用于完成頁面的重定向，onClick是Javascript的常用事件，此事件主要是在單擊某一個控件時觸發(fā)。上述代碼，在重定向的基礎(chǔ)上添加了一個單擊事件，頁面運(yùn)行后，單擊“數(shù)據(jù)管理”控件即可觸發(fā)onClick事件，完成頁面的重定向，自動跳轉(zhuǎn)到“a_ data ”即數(shù)據(jù)管理頁面。5. 3. 3數(shù)據(jù)管理界面 數(shù)據(jù)管理實現(xiàn)了本系統(tǒng)最重要的功能，對影響農(nóng)作物生長的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)在上位機(jī)進(jìn)行存儲和分析，準(zhǔn)確地為用戶提供農(nóng)作物生長環(huán)境的實時信息和歷史數(shù)據(jù)，為科學(xué)研究和決策提供全面的參考。數(shù)據(jù)管理界面的主要功能是數(shù)據(jù)顯示，顯示數(shù)據(jù)的歷史記錄和當(dāng)前的實時曲線。 (1)歷史數(shù)據(jù)顯示 無線傳感器數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)上傳的感知數(shù)據(jù)要傳到后臺的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲，這樣就可以方便用戶了解一段時間內(nèi)農(nóng)作物環(huán)境參數(shù)的變化從而分析得到環(huán)境參數(shù)的變化對農(nóng)作物生長的影響。從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)的歷史記錄并進(jìn)行頁面顯示的代碼如下: sql l=SELECT id,addr,temp,hum,light,car FROM czdata。 sq12=SELECT id,addr,temp,hum,light,car FROM czdata WHERE addr LIKE?”； try { cone=(DBURL, DBUSER, DBPASS)。 pstmt=(sql l): rs=()；