【正文】 ZOSK是一種采用了NDIR紅外技術的固態(tài)光電傳感器，在進行二氧化碳濃度采集的同時還可以進行溫度補償，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)準確傳輸關系到整個系統(tǒng)的性能，而無線傳感器網(wǎng)絡的通信質(zhì)量與無線通信模塊的性能息息相關，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，可以提供最先進的工業(yè)級應用，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接收靈敏度的LNA(低噪聲放大器)來增加鏈路預算，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、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廣泛應用于無線傳感器網(wǎng)絡、無線消費類電子系統(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，射頻芯片CC2520作為從機，主機通過SPI編程來控制從機。從機的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FIFO等管腳狀態(tài)的方式完成數(shù)據(jù)的收發(fā)操作，從機中含有各種功能的寄存器，主機對這些寄存器的操作可以完成從機工作狀態(tài)的設置。4. 3傳感器節(jié)點的軟件設計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)試器是當今包容性最強、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的微處理器機構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)絡組建 本系統(tǒng)所實現(xiàn)網(wǎng)絡是基于ZigBee協(xié)議的無線Mesh網(wǎng)絡(ZigBeeWMNs) ，該網(wǎng)絡中有3種類型的設備，ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器和ZigBee終端設備。ZigBee協(xié)調(diào)器是啟動和配置網(wǎng)絡的設備，同時協(xié)調(diào)器可以與網(wǎng)絡以外的設備進行通信，起到網(wǎng)關的作用，一個ZigBee網(wǎng)絡只允許有一個協(xié)調(diào)器。ZigBee路由器是負責路徑發(fā)現(xiàn)和路由維護的設備，可以采集數(shù)據(jù)，同時完成路由的工作，網(wǎng)狀網(wǎng)絡和樹形網(wǎng)絡可以有多個路由器，星型網(wǎng)絡不支持路由器。ZigBee終端設備負責數(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)絡中可以有多個終端設備。網(wǎng)絡組建過程如下: （1）協(xié)調(diào)器組建網(wǎng)絡 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。協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡必須滿足如下條件:節(jié)點具有ZigBee協(xié)調(diào)器功能且沒有加入到其他網(wǎng)絡中。所以協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡要檢測節(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)進程會被網(wǎng)絡層管理實體終止，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的信道進行能量掃描，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)絡的信道，該信道通常是當前時刻存在網(wǎng)絡數(shù)目最少的信道。掃描過程中如果找不到可以組建網(wǎng)絡的信道，要通知上層網(wǎng)絡建立失敗，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)絡參數(shù)。網(wǎng)絡管理實體會為新的網(wǎng)絡選擇一個小于等于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)絡建立失敗。選定PAN ID后，網(wǎng)絡管理實體會為協(xié)調(diào)器選擇16位的網(wǎng)絡地址。配置好網(wǎng)絡參數(shù)后，協(xié)調(diào)器啟動并運行網(wǎng)絡，運行網(wǎng)絡的同時等待其他沒務加入網(wǎng)絡。 (2)路山器和終端設各加入網(wǎng)絡 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，并接收包含YAN ID在內(nèi)的信標幀，信標幀信息包括信標設備的地址、是否允許連接以及信標凈載荷，如果信標凈載荷域里的協(xié)議與自己的協(xié)議ID相同，設備會將匹配的信標幀的相關信息保存。信道掃描完成后，根據(jù)掃描到的網(wǎng)絡的描述符，設備會選擇一個網(wǎng)絡加入設備會向協(xié)調(diào)器發(fā)送入網(wǎng)請求，得到協(xié)調(diào)器的允許后，路山器和終端設備加入網(wǎng)絡。 數(shù)據(jù)能夠高效的傳輸是網(wǎng)絡程廠獷開發(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，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。然后對信道進行偵聽，檢測到信道空閑便立即啟動SPI總線驅(qū)動進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。 (2)路由節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 當路由節(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)絡層必須保證無論什么時候接收機總是處于接收狀態(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，進而觸發(fā)瑯Q中斷，中斷服務程序會調(diào)用相關的函數(shù)進行接收數(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層進行進一步處理。 (4)協(xié)調(diào)器節(jié)點將數(shù)據(jù)上傳至上位機 協(xié)調(diào)器節(jié)點通過UART與上位機進行數(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進行相應的初始化: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，當有數(shù)據(jù)收發(fā)任務時，協(xié)調(diào)器節(jié)點就可以執(zhí)行相應的中斷服務程序，向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)或接收上位機發(fā)出的控制指令。第五章 智能監(jiān)測處理中心的設計與實現(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Ian，使用HTML, java, JSP等語言設計開發(fā)。HTML(超義本標記語占)是B/s架構卜網(wǎng)絡web語言的基礎，通過嵌入代碼或標記來表明義本格式，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。JSP是一種動態(tài)技術標準,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，用戶可以登錄進入本系統(tǒng)進行節(jié)點環(huán)境參數(shù)查看、設備運行狀況查詢以及各種綜合管理，整個系統(tǒng)通過Tomcat服務器在線發(fā)布，用戶可以在任何一臺與Internet相連的PC機上登錄本系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)查詢和系統(tǒng)管理。智能監(jiān)測處理中心中設計了多個為用戶服務的模塊，具體介紹如下: (1)用戶管理 為了便于多個用戶進行系統(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行修改。 (2)閥值管理 對環(huán)境參數(shù)進行閡值的設置與查詢。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)，當監(jiān)測結(jié)果超過設置的最佳閡值范圍，會有相應的報警提示，農(nóng)戶需要進行相應處理。 (3)節(jié)點管理 對節(jié)點的基本功能進行說明，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，當串口有數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)庫進行存儲。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)采集值進行描點劃線顯示。5. 3智能監(jiān)測處理中心前臺界面設計 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設計，動態(tài)Web最大的特點是交互性，即服務器會自動根據(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 在所有界面設計中，登錄界面最先完成，該界面是用戶進入到智能監(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，應該跳轉(zhuǎn)到錯誤頁進行提示。5. 3. 2主界面 用戶登錄成功以后，就會進入到系統(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，在重定向的基礎上添加了一個單擊事件，頁面運行后，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、光照強度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)在上位機進行存儲和分析，準確地為用戶提供農(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)絡上傳的感知數(shù)據(jù)要傳到后臺的數(shù)據(jù)庫中進行存儲，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=()；