【正文】 Control engineeringjournal，2005，16(45).[15]CIARDIELLO munications for industrial controland amp。此外，要特別感謝我的父母和家人，感謝他們在我的學習和生活上所傾注的心血和付出的辛勤勞動；感謝大連海洋大學電子教研室的所有老師，感謝他們四年以來對我的教育；同時要對支持幫助我的同學們表示感謝，在查閱資料過程中他們給我提出了很多的建議，在論文排版的過程中也給予我很大的幫助。他耐心的講解，使我了解了很多原先不懂的知識。致 謝在完成論文的過程中，我遇到了很多問題，在此非常感謝程紹洪老師的指導，在此指導下圍繞論文的相關工作才得以順利地展開。我國的海水魚類養(yǎng)成模式，基本上已經達到由傳統(tǒng)粗養(yǎng)向準工業(yè)化養(yǎng)殖方向的轉變，并建立起符合國情的海上網箱和陸基工廠的集約化養(yǎng)殖模式。本論文設計層次分明，結構嚴謹，語言簡潔，公式計算清晰。第六章 結論與建議本文針對工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)的特點，結合單片機和ZigBee無線網絡技術設計了一種工廠化養(yǎng)殖自動控制系統(tǒng)。基于Zigbee的無線傳感器網絡由于其成本低、實時性好、嵌入性強，在養(yǎng)殖業(yè)生產監(jiān)控中具有良好的應用前景?？刂奇I盤采用數(shù)字控制面板．由數(shù)字鍵0～9及確定和取消鍵組成，顯示模塊可采用數(shù)碼管顯示，因為很少用到，所以只有必要時才打開開關觀察當前溫度值。在省電的關斷模式下，待機電流非常低，最大值僅為1μA。在55℃到125℃范圍內，傳感器測量精度上下浮動3℃；在25℃到100℃范圍內．傳感器感應精度上下浮動2℃。溫度傳感器采用意法半導體的STTS75系列數(shù)字溫度傳感器芯片，采用標準的8引線TSSOP和SO8封裝，適用于設備控制應用領域，此系列產品采用一個帶隙式溫度傳感器，內置一個可編程的9位到12位的sigmadelta模數(shù)轉換器(ADC)，能夠把模擬的溫度讀數(shù)信號轉換成數(shù)字信號。即當監(jiān)控終端電壓低于正常的工作電壓時，則向中心控制單元發(fā)出請求更換電池的信號；網箱溫度監(jiān)控終端包括MCU與Zigbee射頻模塊、溫度傳感器、鍵盤顯示模塊和電源模塊。鍵盤及顯示模塊控制鍵盤采用數(shù)字控制面板，由數(shù)字鍵0～9及確定和取消鍵組成，顯示模塊采用可以顯示兩行字符的LCD，每行可以顯示14個字符。CC2430芯片的主要特點如下：（1）高性能和低功耗的8051微控制器核；（2）集成符合IEEE802．15．4標準的2．4 GHz的RF無線電收發(fā)機；（3）優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；（4）在休眠模式時僅0．9μA的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機模式時少于0．6μA的流耗．外部的中斷能喚醒系統(tǒng)；（5）硬件支持CSMA／CA功能；（6）較寬的電壓范圍(2．0 V～3．6 V)；（7）數(shù)字化的RSSI／LQl支持和強大的DMA功能；（8）具有電池監(jiān)測和溫度感測功能；（9）集成了14位模數(shù)轉換的ADC；（10）集成AES安全協(xié)處理器；（11）帶有2個強大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個符合IEEE 802．15．4規(guī)范的MAC計時器，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器；（12）強大和靈活的開發(fā)工具。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。；在接收和發(fā)射模式下。中心控制單元包括MCU與Zigbee射頻模塊、聲光報警模塊、鍵盤顯示模塊和電源模塊。該無線網箱溫度自動檢測系統(tǒng)的中心控制單元和網箱溫度監(jiān)控終端組成。 無線網箱溫度自動檢測系統(tǒng)的構成無網絡的連接方式有很多種，最基本的有星狀連接、串狀連接和網狀連接三種連接方式。依據發(fā)射功率的大小和應用模式而定，1臺Zigbee設備可以連接多達254個同類的設備。 Zigbee這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。它融合了傳感器、網絡、無線通信、單片機和自動控制等技術。采用多跳對等的通信方式，其網絡拓撲動態(tài)變化。本文設計了一種基于ZigBee技術的無線傳感器網絡節(jié)點，并運用該節(jié)點組建一個面向水產養(yǎng)殖生產中網箱溫度監(jiān)控的無線網絡監(jiān)測與控制系統(tǒng)。無線傳感器技術是傳感器技術與無線網絡技術的結合，是一種新興的智能監(jiān)測與控制技術，由于其具有低成本、體積小、實時性強、功耗低、抗干擾性強、嵌入性好等特點，廣泛應用在工農業(yè)生產中。溫度、餌料和水體中的溶氧量等對產量和質量影響非常大，其中溫度監(jiān)控成為提高養(yǎng)殖密度和產量的關鍵。其中：－1代表關加熱器，開制冷器；0代表關加熱器，關制冷器：+l代表開加熱器，關制冷器；第五章 基于ZigBee網絡的網箱養(yǎng)魚系統(tǒng)網箱養(yǎng)魚是利用竹、木、金屬網片或合成纖維等為網身材料，裝配成一定形狀開放式或密閉式的箱體，設置在流水中．通過高密度的投餌精養(yǎng)或不給餌而利用水中的浮游生物作為食物達到高產的一種養(yǎng)殖方式。通過對操作者的實際經驗總結，可確定出在論域x上用以描述模糊子集NB，…，PB的隸屬函數(shù)u(x)，如圖45所示。(2)輸入語言變量誤差、誤差變化和輸出語言變量的隸屬函數(shù)：誤差ET的基本論域為【，+】，選ET的論域x={－4，－3，－2，－1，0，+1,+2，+3，+4}，則量化因子。因此，溫度模糊控制系統(tǒng)的結構選擇的是雙輸入單輸出控制結構。由于模糊控制規(guī)則是總結操作人員控制經驗面得到的，所以選擇的輸入變量應是操作人員能觀察到的變量，輸出變量應是能對執(zhí)行機構進行控制的變量。若等級值u代表的是離散量，則轉換成該等級值所代表的意義；若等級值u代表的是連續(xù)量，則乘以比例因子K3轉化成相應的模擬量，并用此模擬量去控制溫度控制機構的模擬量。系統(tǒng)先計算出給定值與采樣值之間的偏差，然后采用模糊控制算法得到控制量來控制設備的運行。因此，本系統(tǒng)采用模糊控制方法來實現(xiàn)對養(yǎng)殖環(huán)境的人工調控。其顯示程序的流程圖如圖44所示，以下也給出了詳細的顯示程序。寫程序時，只要向數(shù)據位地址輸出數(shù)據，然后向時鐘位地址輸出一高一低兩個電平就可以將數(shù)據位置到74LSl64中，并且實現(xiàn)移位。其他環(huán)境因子與此類同。在計算機中十進制數(shù)常采用BCD碼表示，一個字節(jié)存放一位BCD碼，這樣采樣得到的值就可以顯示或輸出了。根據上述算法，只要設定被測參數(shù)的量程，相應的標度轉換程序不難編寫出來。對一般線性儀表來說，標度轉換公式為： (42)式中， A0 — 一次測量儀表的下限；Am — 一次測量儀表的上限；Ax — 實際測量值N0 — 儀表下限所對應的Nm — 儀表上限所對應的數(shù)字量；Nx — 測量值所對應的數(shù)字量。線性參數(shù)標度變換是最常用的標度變換方法，其前提條件是被測參數(shù)值與A／D轉換結果為線性關系。其他采樣參數(shù)與溫度參數(shù)類同．在這里不作說明。本系統(tǒng)以溫度采樣的值為例進行說明，以下為溫度采樣中值濾波的詳細程序。然后再重新進行比較，把次大值放到N—1位，依此類推，則可將N個數(shù)從小到大順序排列。N個數(shù)據按大小順序排隊的具體作法是兩兩進行比較，將首地址單元數(shù)據和第二個數(shù)據進行比較，若是第一個數(shù)據小于第二個數(shù)據，則不交換位置，否則將兩數(shù)位置對調。故本系統(tǒng)采用中值濾波符合實際要求。中值濾波對于去掉由于偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈動干擾比較有效。所謂數(shù)字濾波，即通過一定的計算程序，對采樣信號進行平滑加工，增加有用信號，消除或減少各種干擾和噪音，以保證計算機系統(tǒng)的可靠性。由于水產養(yǎng)殖環(huán)境比較惡劣，干擾源比較多，如環(huán)境溫度等，所以在模擬系統(tǒng)中，為了消除干擾，常采用RC濾波電路。流程圖如圖42所示。本系統(tǒng)采集程序模塊采用查詢方式，單片機通過查詢P1．7(即EOC信號)判斷A/D轉換是否結束，由于EOC信號在啟動10us之后才變?yōu)榈碗娖?，所以程序中啟動A／D轉換后，延時約60us才開始查詢。該程序完成數(shù)據采樣任務。因此，對一個具有有限頻譜X(f)的連續(xù)信號X(t)進行采樣，當采樣頻率為fs大于等于2fc時，由采樣后得到的采樣信號Xs(nTs)能無失真地恢復原來的信號X(t)。2……。式（41）中n=0，177。（2） Ts=1/2fc或2fc=1/Ts。采樣定理——設有連續(xù)信號x(t)，其頻譜信號為x(f)，以采樣周期Ts采得的采樣信號為Xs(nTi)。若依據采樣數(shù)據恢復原來的信號，就會出現(xiàn)失真現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的精度。要保證采樣信號的質量和數(shù)量，必須選擇合適的采樣周期Ts。串行口用于與PC機通訊。在中斷服務程序TD中，要進行一系列操作：數(shù)據采集、數(shù)據濾波、進行標度轉換、BCD碼轉換、數(shù)據顯示、控制并輸出等。具體操作流程如圖41所示。第四章 系統(tǒng)的軟件設計工廠化養(yǎng)殖水質綜合參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)的主要功能：，對8個通道模擬量依次進行A/D轉換，將結果存入存儲寄存器；，得到對應水質參數(shù)的實際測量的化學或物理量；，并在LCD對應位置上顯示相關文字信息。當發(fā)光二極管發(fā)光時，表示正在驅動控制設備動作，水溫不在設定的溫度范圍；當發(fā)光二極管不亮時，表示系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，水溫在設定的范圍內。此電壓即可用來控制外設。當數(shù)字量Pi輸出為高電平時，經反相驅動器后變?yōu)榈碗娖?。本系統(tǒng)采用的是74LS04。其原理電路，如圖310所示。在開關量控制中，最常用的器件是光電隔離器。模擬量控制通常是由D／A轉換器輸出開控制；開關量控制是通過控制設備的“開”或“關”狀態(tài)的時間來達到控制的目的。圖38 晶振電路圖 圖39 系統(tǒng)復位電路在水產養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)中，被測參數(shù)經采樣處理之后，還需要計算并輸出控制模型，達到自動控制的目的。系統(tǒng)復位電路的設計一定要使系統(tǒng)能夠充分復位，在各種復雜情況下穩(wěn)定可靠的工作，復位性能不好會影響系統(tǒng)的正常運行。在振蕩回路中，晶體既不能過激勵也不能欠激勵。這是因為低供電電壓提供給晶體的激勵功率減少，造成晶體起振很慢或根本就不能起振。因此，顯示屏幕的起始行由此指令控制，即DDRAM的數(shù)據從哪一行開始顯示在屏幕的第一行，此模塊的DDRAM共64行，屏幕可以循環(huán)滾動顯示64行。當一行掃描完成，此地址計數(shù)器自動加1，指向下一行掃描數(shù)據，RST復位后Z地址計數(shù)器為0。(6)顯示數(shù)據RAM (DDRAM)：，數(shù)據為0表示顯示非選擇。X地址計數(shù)器是沒有計數(shù)功能的，只能用指令設置。(5)XY地址計數(shù)器：XY地址計數(shù)器是一個9位計數(shù)器。DFF=1為開顯示（DISPLAY OFF),DDRAM的內容就顯示在屏幕上，DFF=0為關顯示（DISPLAY OFF)。利用STATUS READ指令，可以將BF讀到DB7總線，從檢驗模塊的工作狀態(tài)。BF=1表示模塊在內部操作，此時模塊不接受外部指令和數(shù)據。DR和DDRAM之間的數(shù)據傳輸是模塊內部自動執(zhí)行的。(2)數(shù)據寄存器（DR)：用于寄存數(shù)據的，與指令寄存器寄存指令相對應。(1)指令寄存器（IR)：用于寄存指令碼，與數(shù)據寄存器數(shù)據相對應。10%，可自動帶驅動LCD所需的負電壓；（2）全屏幕點陣，點陣數(shù)為128（列）64（行），可顯示8（行）4（行）個（1616點陣）漢字，也可完成圖形、字符的顯示；（3）與CPU接口采用5條控制總線和8位并行數(shù)據總線輸入輸出，適配M6800系列時序；（4）內部有顯示數(shù)據鎖存器；（5）簡單的操作指令，顯示開關設置，顯示起始行設置，地址指針設置和數(shù)據讀、寫等指令。 此液晶顯示器的基本特性為：（1）工作電壓為177。它主要釆用動態(tài)驅動原理由行驅動—— 控制器和列驅動器兩部分組成了128 (列）X64 (行）的全點陣液晶顯示。首先，液晶顯示器不使用電子槍轟擊方式來成像，因此它完全沒有輻射的危害，對人體安全；同時，液晶顯示器不閃爍、顏色失真近乎為零；而且液晶顯示器具有工作電壓低、功耗小、重量輕和體積小等優(yōu)點。液晶顯示器(LCD/Liquid Crystal Display)由于具有輕薄短小、低耗電量、無輻射，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，近年來已經占據了顯示器的主流地位。圖36 ADC0809內部結構圖168。圖37為系統(tǒng)電源模塊。（3）中斷方式：把表明轉換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據傳送。因此可以用查詢方式，讓軟件監(jiān)測EOC的狀態(tài)，即可確知轉換是否完成，然后再進行數(shù)據傳送?？蓳嗽O計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調用這個延時子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經完成了，接著就可進行數(shù)據傳送。數(shù)據傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換是否完成，因為只有確認數(shù)據轉換完成后，才能進行傳送。第三：要給“三態(tài)輸出鎖存器”分配一個端口地址，也就是給OE線上送一個地址譯碼器輸出信號。 ADC0809轉換數(shù)據的傳送設計ADC0809接口必須處理好3個問題。Vref：參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。OE=0，輸出數(shù)據線呈高阻；OE=1，輸出轉換得到的數(shù)據。OE：輸出允許信號。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據線直接相連。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。EOC：轉換結束信號。ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。A、B、C：地址線， 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉換；在A/D轉換期間，START應保持低電平。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 ADC0809芯片管腳圖及各管腳功能介紹，其引腳排列見圖37。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B和C三個地址位