【正文】 在學(xué)習(xí)和生活中給予了我無私的幫助，這里向他們表示我深深的謝意。我會謹(jǐn)記導(dǎo)師的教誨，在以后的工作中，努力用自己的所學(xué)回報社會。李祥林老師平日里工作繁多，但在我從開題到論文的成文和修改的整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。致 謝經(jīng)過數(shù)周的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文已經(jīng)接近尾聲，由于水平有限，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。溫室內(nèi)部遮擋物(如作物、其他設(shè)備等)的密度、無線收發(fā)天線擺放位置均會有一定的影響。為盡可能避免因通信造成的數(shù)據(jù)丟失，在軟件設(shè)計上應(yīng)增加傳感器節(jié)點(diǎn)的采集頻率，并延長向匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的周期，以此減少數(shù)據(jù)丟包率。通過研究和應(yīng)用也表明，無線通信與有線通信相比，帶來許多優(yōu)點(diǎn)的同時，也應(yīng)注意其在信號抗干擾、抗屏蔽、抗衰減性等方面存在的先天不足。結(jié) 論本文簡要介紹了基于 ZigBee 協(xié)議遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本原理、系統(tǒng)開發(fā)主要流程、以及應(yīng)用檢驗(yàn)效果。3) 傳感器的耗電如果采用太陽能供電，則該節(jié)點(diǎn)的壽命可以大大延長，甚至可以給整個節(jié)點(diǎn)的供電電路提供能源，再加上電池的儲電功能，則節(jié)點(diǎn)可以在更為惡劣的環(huán)境中應(yīng)用，它的應(yīng)用面就可以更廣。以下提出了對系統(tǒng)的改進(jìn)完善的建議，希望能夠?qū)σ院蟮拈_發(fā)工作有所好處：1) 傳感器自身也有能量消耗，如何研發(fā)出精度高、造價低、耗能少的傳感器也是制約無線傳感網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中大規(guī)模推廣的重要因素之一。4）通過傳感器節(jié)點(diǎn)控制，實(shí)現(xiàn)了溫室的遠(yuǎn)程控制功能。2）通過 GPRS 模塊測試，表明 GPRS 模塊通信正常，可實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信和打電話。C，如果環(huán)境溫度達(dá)到閾值就會向手機(jī)發(fā)送短信報警，并且會顯示溫度達(dá)到閾值的地址，以便管理人員及時采取預(yù)防措施。C）為加溫后測試的溫度。注：0x001D176。C（十進(jìn)制數(shù)為 23176。C（十進(jìn)制數(shù)為 29176。C兩個終端節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)成功，它們的物理地址分別為 0x1699 和 0x169A。C0x169A 23176。C）表 53地址 溫度計測量數(shù)值 手機(jī)短信數(shù)據(jù)0x1699 23 176。C 0x0016176。C（十進(jìn)制 23176。C）表 52地址 溫度計測量數(shù)值 手機(jī)短信數(shù)據(jù)0x1699 23 176。C 0x0017 176。C（十進(jìn)制 29176。 結(jié)果分析 測試數(shù)據(jù)通過發(fā)送到手機(jī)上的短信數(shù)據(jù)與溫度計測量的數(shù)據(jù)比對，表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定，結(jié)果如下表所示：表 51地址 溫度計測量數(shù)值 手機(jī)短信數(shù)據(jù)0x1699 29176。 模塊測試界面及數(shù)據(jù)輸入 AT+CMGF=1CR 設(shè)置短信格式，0 為 PDU 格式短信，可支持中文及所有Unicode 碼格式；1 為 TEXT 格式，只能支持英數(shù)格式短信收發(fā)；返回值 OK；輸入 AT+CMGS=13659400843CR HELLO！ctrl+z 向卡號為 13659400843 的 SIM 發(fā)送 SMS 短信，短信內(nèi)容為HELLO！返回值 +CMGS:255OK（ 255 表示此條短信為本卡所成功發(fā)送的第 255 條短信） ；Ring 表示向目標(biāo)卡打電話。 GPRS 測試將 GPRS 模塊用串口線和 PC 機(jī)相連后，在 PC 機(jī)上打開開始\程序\ 附件\通訊\ 超級終端，然后設(shè)置串口號、波特率，通過發(fā)送 AT 指令進(jìn)行短信收發(fā)測試，通過手機(jī)接收到的短信內(nèi)容判斷 GPRS 的通訊是否正常。當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)由于距離干擾不能直接與中心節(jié)點(diǎn)通信時，會自動向周圍中心節(jié)點(diǎn)廣播自身信息，通過評價周圍節(jié)點(diǎn)到中心節(jié)點(diǎn)的路由信息來決定使用哪個節(jié)點(diǎn)作為自身的父節(jié)點(diǎn)（增強(qiáng)型中心節(jié)點(diǎn)） ，從而完成入網(wǎng)過程。各個節(jié)點(diǎn)上電復(fù)位后，完成各自的自檢功能后，自動建立網(wǎng)絡(luò)，其余的終端節(jié)點(diǎn)自動找到中心節(jié)點(diǎn)并申請入網(wǎng)。 系統(tǒng)測試方案 ZigBee 節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)測試節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)測試主要用終端節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)三者之間組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。3. 移動終端支持 GPRS 功能的手機(jī)一部。S3C240 初始化開始 開始等待瀏覽器發(fā)出命令開始通過 I/O 觸發(fā) CC2430芯片并發(fā)送相應(yīng)指令等待 CC2430芯片傳回數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器數(shù)據(jù)在瀏覽器上顯示CC2430 初始化建立 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)等待 I/O 觸發(fā)相應(yīng)指令向傳感器節(jié)點(diǎn)無線發(fā)送相應(yīng)指令有數(shù)據(jù)傳回？通過串口發(fā)送至 S3C2440CC2430 初始化加入 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)等待接收無線發(fā)送的相應(yīng)指令執(zhí)行相應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)采集程序無線發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)NY圖 47 網(wǎng)關(guān)軟件程序流程圖傳感節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)最終將上傳至嵌入式 BOA 服務(wù)器上，用戶可通過 IE 瀏覽器訪問服務(wù)器 IP 地址來查看溫室的環(huán)境信息，對溫室的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，其監(jiān)測網(wǎng)頁如圖 48 所示：圖 48 監(jiān)測網(wǎng)頁5. 系統(tǒng)測試 測試設(shè)備1. 數(shù)據(jù)線與模塊：RS232 串口線（9 針，用于 GPRS 模塊與 PC 機(jī)/ZigBee 模塊連接） ，ZigBee 節(jié)點(diǎn)（3 個以上） 。用戶通過 IE 瀏覽器就可以實(shí)時采集到相應(yīng)的環(huán)境信息。S3C2440 通過 I／O 端口觸發(fā) CC2430，使其無線發(fā)送相應(yīng)的指令，遠(yuǎn)程控制傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。if(data==’Z’) break。*str++=data。／／UORBR 包含有效數(shù)據(jù)data=U1RBR。)void UARTl_ReceiveByte(){while((U1LSRamp。Ox01)==O)。 ／／結(jié)束字符}UARTl_SendByte(*str++)。}}void GPRS_INITIALIZE(char*str){while(1){if(*str==’＼0’){ UARTl_SendByte(*str)。)}void ISendStr_UARTl(char*str){while(1){if(*str==’＼O’)break。 ／／等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢}void ISendStr(char*str){while(1){if(*str==’＼0’)break。 ／／等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢)void UARTl_sendByte(uint8 data){U1THR=data。 ／／DLAB=0)void UARTO_SendByte(uint8 data){UOTHR=data。U1DLL=Fdiv％256。 ／／DLAB(始能對除數(shù)鎖存的訪問)=l，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)Fdiv=(Fpclk／ 16)／115200。 ／／DLAB=0}void UARTl_Init(void){uintl6 Fdiv。UODLL=Fdiv％256。 ／／DLAB(始能對除數(shù)鎖存的訪問 )=1，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)Fdiv=(Fpclk／ 16)／9600。系統(tǒng)執(zhí)行過程的示意圖 46 如下所示： 決策電源ZigBee 模塊S3C2440A 類別、門限劃分控制外設(shè)打開狀態(tài)規(guī)則處理控制規(guī)則轉(zhuǎn)換器反饋狀態(tài)打開失敗 圖 46 系統(tǒng)執(zhí)行過程示意圖節(jié)點(diǎn)控制程序：void UARTO—Init(void){uintl6 Fdiv。由于溫室中具有多個參數(shù)，雖然這些參數(shù)都是對溫室養(yǎng)殖有影響的，但是它們對農(nóng)作物的影響有輕重之份，因此我們在執(zhí)行指令時，尤其是當(dāng)多個參數(shù)發(fā)生變化，多個設(shè)備同時需要操作時，這時控制節(jié)點(diǎn)要有選擇的按照優(yōu)先級別，先執(zhí)行緊要指令，等待最重要的設(shè)備啟動完畢并反饋正確后，才繼續(xù)執(zhí)行下一條指令，依次完成所有指令并正常反饋信息。3）將該控制狀態(tài)與先前工作狀態(tài)進(jìn)行信息融合，若該設(shè)備長時間內(nèi)始終處于同一工作狀態(tài)，則不必重復(fù)記錄，僅將時間段延長至當(dāng)前時間，若工作狀態(tài)發(fā)生變化，則將時間點(diǎn)與工作狀態(tài)同時記錄，便于日后查詢。2）控制節(jié)點(diǎn)處于偵聽工作狀態(tài)，檢測網(wǎng)絡(luò)中與自身相關(guān)的控制指令，它有兩個來源，一個是匯聚節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送給自身的指令，另一個是由其它控制節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)而來的指令。移植好 BOA 服務(wù)器后，在文件系統(tǒng)中建立／var／ ／cgibin 文件夾，此文件夾用于存放靜態(tài)網(wǎng)頁和 CGI 程序。本方案采用 busybox 制作 yaffs2 文件系統(tǒng)，并在文件系統(tǒng)中加入 BOA 服務(wù)器。內(nèi)核配置完成后執(zhí)行 make zImage 命令生成 Linux 內(nèi)核映像文件，然后將內(nèi)核映像文件下載至 NAND Flash 的內(nèi)核分區(qū)上。由于要將編譯好 Linux 內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)映像燒寫到 NAND Flash 中，因此設(shè)置 NAND Flash 分區(qū)。 移植 Linux 內(nèi)核　Linux 內(nèi)核是嵌入式操作系統(tǒng)的核心，內(nèi)核移植包括內(nèi)核配置、內(nèi)核編譯、內(nèi)核下載3 個部分。通過調(diào)用 CGI 程序可實(shí)現(xiàn) Web 服務(wù)器與 Web 瀏覽器的交互，CGI 程序接收 Web 瀏覽器發(fā)送給 Web 服務(wù)器的控制命令，并進(jìn)行處理，再將響應(yīng)結(jié)果回送給 Web 服務(wù)器及 Web 瀏覽器。這種服務(wù)端技術(shù)使得瀏覽器和服務(wù)器之間具有交互性。Web、CGI 程序用于人機(jī)交互界面，無線收發(fā)程序用來實(shí)現(xiàn) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的通信。網(wǎng)關(guān)的分層結(jié)構(gòu)如圖 45 所示。 “溫室環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)”的傳感器系統(tǒng)包括：PH 傳感器、溫度傳感器、光照傳感器等。本系統(tǒng)在每個 ZigBee 節(jié)點(diǎn)上分別連接溫度傳感器、濕度傳感器和 CO2 傳感器來監(jiān)測不同節(jié)點(diǎn)處相應(yīng)的環(huán)境信息。 圖 42 ZigBee 節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)CC2430 芯片整合了高性能 GHz DSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器內(nèi)核和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型 8051 MCU，還包括了 8 KB 的 SDRAM、128 KB 的 Flash，是一種片上系統(tǒng)（SoC ）解決方案。MAX3232C 負(fù)責(zé)串行口發(fā)送接收信號的電平轉(zhuǎn)換。ARM920T 內(nèi)核采用MMU，AMBA，BUS 和 Harvard 的高速緩存結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的 8 字長 16 kb 指令緩存器和 16 kb 數(shù)據(jù)緩存器。它的目的是在低功耗和高性能進(jìn)程的 與 5V 的支持寬容。 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計嵌入式 BOA 服務(wù)器可以在嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)的支持下進(jìn)行設(shè)計。 　　4. 系統(tǒng)設(shè)計 硬件的設(shè)計本文用嵌入式 BOA 服務(wù)器作為 2 個網(wǎng)絡(luò)的信息中轉(zhuǎn)站，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的功能。HS1101 全互換性，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正，長時間飽和下可以快速脫濕，也可以自動化焊接，包括波峰焊或水浸。 HS1101 濕敏電容元件：專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)高精度：2%RH ，極好的線形輸出寬量程：1~99%RH ，寬工作溫度范圍 –40~100℃濕度輸出受溫度影響極小，常溫使用無須溫度補(bǔ)償響應(yīng)時間 5 秒 ，浸水或結(jié)露后 10 秒鐘迅速恢復(fù)。 　　6）可用于線性電壓或頻率輸出回爐。 　　4）高可靠性與長時間穩(wěn)定性。 　　2）長時間飽和下快速脫濕。2%RH，響應(yīng)時間小于 5s，溫度系數(shù)為 ℃。同時，計數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計數(shù)器重新開始計數(shù)直到回零。DS18B20 的測溫原理：內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時振蕩器的脈沖無法通過門電路。64bit 閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下： MSB LSB/ MSB LSB/ MSB LSB 圖 35 DS18B20 的 ROM 結(jié)構(gòu) 它既可寄生供電也可由外部 5v 電源供電。 ②溫度傳感器。 DS18B20 的工作原理DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 35 所示。2．信號端：數(shù)字信號輸入輸出。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過程監(jiān)測和控制。 描述 DS18B20 的數(shù)字溫度計提供 9 至 12 位可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫，它的工作電源為 3~5V/DC，在使用中不需要任何外圍元件。測溫范圍是－55℃~＋125℃，固有測溫分辨率為 ℃。 　　9）負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 　　7）在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨率時最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快?！?。　　4）DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 　　2）獨(dú)特的單線