【正文】 。這個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠達(dá)到花費(fèi)少、收入多的效果，從根本上改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。而另一部分則采用Wifi加視頻技術(shù)，可以全面監(jiān)測(cè)整個(gè)大棚的整體環(huán)境情況，對(duì)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物病蟲害有極大幫助，然后根據(jù)兩個(gè)部分回傳給監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，若是，采集的參數(shù)不再設(shè)定溫度的范圍，便會(huì)采用報(bào)警機(jī)制，告知監(jiān)測(cè)人員，監(jiān)測(cè)人員使用正確手段，更能滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)需要。有兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，分別由一個(gè)Zigbee模塊和四個(gè)傳感器組成，兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)通過協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)回傳給上位機(jī)[8]，另一部分則是采集的視頻信息以通過Wifi回傳給上位機(jī)，這樣在上位機(jī)上就會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示，一旦采集的數(shù)據(jù)超過設(shè)定的數(shù)據(jù),就會(huì)有報(bào)警提示，整體流程如圖21所示。（1） 傳感器模塊主要負(fù)責(zé)采集農(nóng)業(yè)大棚中的溫度、濕度、光照和二氧化碳這些數(shù)據(jù)[8]；（2） ZigBee模塊的作用是負(fù)責(zé)將傳感器模塊測(cè)量到的數(shù)據(jù)通過協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)回傳到上位機(jī)顯示。 系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)以當(dāng)前來看，這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但是功能不齊全，技術(shù)不完善，因此并沒有得到大面積推廣使用，但是本設(shè)計(jì)不僅解決了這些難點(diǎn)，而且將采集數(shù)據(jù)變得更加精準(zhǔn)，使得本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有無限的潛力。至此，達(dá)到了最終目標(biāo)。因此選擇時(shí)，有幾點(diǎn)要素值得設(shè)計(jì)者參考：(1) 對(duì)芯片編寫程序是否易行。冗雜的外圍肯定會(huì)提高成本，使電路更加復(fù)雜。 （4）數(shù)據(jù)位容納范圍是否能夠承受。表21 ZigBee技術(shù)參數(shù)名稱最小值典型值最大值單位電氣性能:供電電壓V發(fā)射電流304050mA接收電流252730mA休眠電流無4uA無線傳輸性能：發(fā)射功率mW接收靈敏度97dBm無線傳輸速率250kbps 溫濕度傳感器選取這個(gè)器件確切的定義就是，能夠同時(shí)完成溫度和濕度的數(shù)據(jù)的采集的元件，設(shè)計(jì)要素不同，需要的傳感器也不同，對(duì)于種植大棚或者溫室，傳感器的安裝方式必須選擇懸掛式，若是安放在土壤上面，可能會(huì)受到一定的腐蝕，都知道傳感器比較容易損壞，若是確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，壁掛式則是非常好的選擇，所以，根據(jù)這些設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)考慮在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的傳感器的對(duì)比看表22即可?！鏉穸龋?77?！鏉穸龋?100%RH 溫度：177。5%RH測(cè)量范圍 濕度：0100%RH 溫度：0℃50℃濕度：0100%RH 溫度：40123℃ 濕度：2090%RH 溫度：050℃觀察上面的對(duì)比表可以看出，JCJ175A所需工作電壓太高，考慮到正常供電電壓為5V，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)升壓裝置，這就違背本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，故不考慮。那我們知道DHT11是兼顧采集和傳感技術(shù)的能輸出數(shù)字信號(hào)的傳感器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，含有電阻式感濕元件和測(cè)溫元件，該傳感器性價(jià)比高，精確度高，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，更適合在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用。我們知道植物和人不同，需要的二氧化碳濃度自是不一樣，更何況植物需要實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，不能忽視的是它需要被安裝到戶外，所以，要避免其他因素的腐蝕，由于二氧化碳濃度的范圍變化不大，所注意二氧化碳的測(cè)量精度，越是精準(zhǔn)越好，因此，對(duì)二氧化碳傳感器的選取非常重要，下面對(duì)幾款器件進(jìn)行對(duì)比，如表23所示[10]。環(huán)境溫度溫度：4070℃ 濕度:≤95%RH溫度：4080℃ 濕度：20100％RH溫度：－2070℃ 濕度：0100％RH低功耗≤1200mW≤150mw≤2000mw那根據(jù)表可以看出，在農(nóng)業(yè)環(huán)境中，結(jié)合電源供電電壓可以選擇兩種，但是跟選擇溫濕度傳感器一樣，我們考量的要素不是一個(gè)，而是將多種因素綜合，進(jìn)行綜合考量，在近乎相同的環(huán)境，MG811的響應(yīng)時(shí)間更短，這就使得采集的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。 光照強(qiáng)度傳感器選取顯然，除了二氧化碳、溫濕度之外，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的因素還包括光照強(qiáng)度，一定的光照強(qiáng)度才能促使農(nóng)作物發(fā)生光合作用，所以采集光照強(qiáng)度信息也必不可少，當(dāng)然，對(duì)于大棚或者溫室這樣的環(huán)境，本設(shè)計(jì)對(duì)比了以下三種傳感器，以選取最佳地硬件設(shè)備采集，詳細(xì)的不同如表24所示。20%177。3%這款BH1750的內(nèi)部含有16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，不用做復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)換計(jì)算，就可以直接輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)，這個(gè)數(shù)字信號(hào)就是我們所需要的。BH1750和其他光照傳感器不同，它可以通過光度計(jì)直接計(jì)算光度，簡(jiǎn)單省事。有時(shí)為了充分利用光源，可以根據(jù)折射或者反射原理，增加一個(gè)裝置，就能在其他方向獲得更多的光通量，以增加被照表面的亮度。WR703N作為一個(gè)3G接入的Wifi路由，將寬帶信號(hào)通過天線轉(zhuǎn)發(fā)給其他移動(dòng)設(shè)備很容易，最高傳輸速度達(dá)到150Mbps，支持WDS無線橋接，有三個(gè)網(wǎng)絡(luò)無線標(biāo)準(zhǔn)，分別是IEEE 、IEEE 、IEEE ；適宜的工作溫度時(shí)040℃左右，濕度是10%90%RH，很容易保存，溫度4070℃即可，濕度在5%90%RH范圍內(nèi)，它采用了外置電源，還有一個(gè)Micro USB的接口，除了外置電源可以供電，還可以利用本身?xiàng)l件供電[11]。對(duì)于硬件的選擇則是采用對(duì)比的方法，對(duì)考慮范圍內(nèi)的元件逐一進(jìn)行對(duì)比，選擇一個(gè)最適合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件[12]。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件整體設(shè)計(jì)為了便于設(shè)備維護(hù)以及擴(kuò)展使用，將整個(gè)系統(tǒng)分為兩部分，第一部分是Zigbee模塊、以CC2530芯片為核心的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、各種型號(hào)的傳感器組成，傳感器分別是DHT11溫濕度傳感器、BH1750光照強(qiáng)度傳感器和MG811二氧化碳傳感器；第二部分主要有Wifi模塊、奧速攝像頭組成；兩部分硬件工作原理非常簡(jiǎn)單，Zigbee模塊連接傳感器作為傳感器監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器作為中轉(zhuǎn)站，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)并把數(shù)據(jù)封裝處理后傳給上位機(jī)，而Wifi與攝像頭部分采集的是視頻，Wifi模塊經(jīng)過破解之后，與攝像頭通過USB連接，即可采集視頻頭像，可實(shí)現(xiàn)觀測(cè)農(nóng)作物是否有病蟲害或者人為破壞等。打開監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)開關(guān) 插上電源經(jīng)過變壓器供電電源經(jīng)過變壓后供電攝像頭正常工作 N傳感器正常工作 采集視頻N Y Y采集數(shù)據(jù)濾波電容濾波Wifi模塊正常傳輸采集的數(shù)據(jù)發(fā)送協(xié)調(diào)器給 N協(xié)調(diào)器正常接收 N Y Y傳送給上位機(jī)圖31 系統(tǒng)硬件工作流程圖 基于CC2530的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì) 終端節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖32所示，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，由于需要監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，要求硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須簡(jiǎn)單，才能有效降低功耗。整個(gè)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)十分省電，具有極低的功耗，可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的需要，完全符合設(shè)計(jì)要求。Zigbee模塊的原理非常簡(jiǎn)單，所謂Zigbee模塊實(shí)際上就是一個(gè)CC2530核心芯片外加一些外圍電路，當(dāng)然這些外圍電路必須包括傳感器接口用來連接采集數(shù)據(jù)的傳感器、程序下載接口用來調(diào)試程序、CH340串口驅(qū)動(dòng)芯片，因?yàn)榈装鍨閁SB轉(zhuǎn)串口，配合ZigBee模塊使用，安裝USB驅(qū)動(dòng)芯片后，可直接將USB口虛擬為串口。Zigbee模塊原理如圖33所示。傳感器串口選擇三個(gè)連接傳感器使用，這就需要一個(gè)轉(zhuǎn)換電壓的芯片，在Zigbee模塊上還有一個(gè)指示燈，指示燈電路比較復(fù)雜，它的作用就是當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，指示燈亮，可以判斷整個(gè)模塊帶電，另外，Zigbee模塊上的仿真器接口用來調(diào)試程序和下載程序，還有一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口芯片CH340芯片，它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，內(nèi)部有20個(gè)引腳，在USB內(nèi)部設(shè)置了上拉電阻的引腳有UD+和UD三個(gè)不同的引腳，除此之外的接地引腳、電源引腳、數(shù)據(jù)傳輸引腳也必不可少，它的主要作用就是串口驅(qū)動(dòng)，傳輸數(shù)據(jù)。圖34 協(xié)調(diào)器電路原理在上圖可以看出協(xié)調(diào)器就是zigbee網(wǎng)絡(luò)的一種以CC2530為芯片的設(shè)備，上面嵌入ASM1117穩(wěn)壓芯片，%的誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力，上面的PL2303是RS232USB接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個(gè)RS232該器件作為USB/RS232 雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機(jī)接收USB 數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232 信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面從RS232 外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB 數(shù)據(jù)格式傳送回主機(jī)。BH1750光照強(qiáng)度傳感器有五個(gè)引腳，GND和ADD引腳通過跳線接Zigbee板的GND就行，而VCC引腳接Zigbee板的電源，SDA、SCL引腳連接CC2530的串口1和2，就能實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)，對(duì)于MG811二氧化碳傳感器來說，引腳有四個(gè)，D0引腳在這個(gè)設(shè)計(jì)中沒用，不用設(shè)計(jì)，A0引腳連接CC2530的串口19，VCC引腳連接Zigbee模塊的電源，GND引腳連接Zigbee的地即可，整個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的電路設(shè)計(jì)如圖35所示。圖36 電源工作原理 視頻模塊設(shè)計(jì) Wifi與視頻連接電路設(shè)計(jì)在采集這部分采用的無線傳輸元件肯定不能選擇Zigbee模塊，第一，視頻的目的主要是為了觀察這個(gè)農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)區(qū)農(nóng)作物病蟲害的情況，農(nóng)作物要想健康成長(zhǎng)肯定不是單一的因素，除了環(huán)境因素，還要考慮稻瘟病、蟲災(zāi)、人為破壞等多種因素，所以采集的視頻必須清晰，對(duì)畫面的清晰度有極高的要求，對(duì)于Zigbee來說，若是傳輸簡(jiǎn)單的控制視頻的命令還是可以的，傳輸視頻卻達(dá)不到要求，最終決定選擇了Wifi模塊作為無線傳輸模塊，本設(shè)計(jì)選用WR703N迷你路由作為WiFi模塊，將3G網(wǎng)絡(luò)采用主動(dòng)型串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)方式，WR703N的VDD、D、D+、VSS引腳與USB連接，USB一端連接奧速高清攝像頭，完成整個(gè)視頻監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)。圖37 Wifi傳輸模塊設(shè)計(jì) Wifi模塊外圍電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中選用的是220V市電供電，使用變壓器變壓，然后交流經(jīng)過整流橋變成直流輸出，在經(jīng)過濾波電容過濾掉交流，使得輸出的直流更加平滑，然后經(jīng)過LM2756芯片，LM2756相當(dāng)于高速斷開和閉合的開關(guān)，連接在Vin與Vout腳之間。但根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電感對(duì)突變電流起阻礙作用，電感L1會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流且與原來方向相同，L1相當(dāng)于電源。圖38 Wifi與PC機(jī)通信接口原理圖 本章小結(jié)本次硬件原理和電路設(shè)計(jì)均是采用Altium Designer軟件繪制，主要硬件涉及Zigbee模塊、各個(gè)傳感模塊電路、無線路由模塊電路，并根據(jù)給出的設(shè)計(jì)電路作出了相應(yīng)的解析，并對(duì)其功能做了相應(yīng)的介紹，并對(duì)需要進(jìn)行電壓適配的原件設(shè)計(jì)了電壓適配電路。第4章 軟件設(shè)計(jì) 軟件環(huán)境及使用語言IAR Embedded Workbench（又稱EM）的C交叉編譯器是一款完整、穩(wěn)定且容易使用的專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具，EW對(duì)不同的微處理器提供統(tǒng)一的用戶界面，目前可以支持至少35種的8位、16位、32位的MCU。那對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)所涉及的全部硬件原理圖則是使用Altium designer設(shè)計(jì)，可以這么說，它集合了所有繪制軟件的優(yōu)點(diǎn)，提供了全套的解決方案。它既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。 監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)在監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)這部分，傳感器的職責(zé)相當(dāng)于搬運(yùn)工，只需要接收命令[16]，當(dāng)然協(xié)調(diào)器也會(huì)發(fā)送給傳感器命令，傳感器順利接收，然后按照命令工作。有命令就工作，沒命令則休息，這樣耗能才可以最低。初始化CC2530開始初始化CPU并加載SPI驅(qū)動(dòng) 初始化協(xié)議棧尋找并加入網(wǎng)絡(luò)是否加入網(wǎng)絡(luò) N 進(jìn)入低功耗模式是否加入網(wǎng)絡(luò)初始化傳感器模塊并采集數(shù)據(jù) 處理并發(fā)送數(shù)據(jù) 發(fā)送成功 Y N圖41 傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程Zigbee模塊所涉及的程序如下：include //此處用于串口include //溫濕度專用define AIR P2_0//define LIGHT P0_0//傳感器初始化程序如下：void SampleApp_Init( uint8 task_id ){ SampleApp_TaskID = task_id。初始化 SampleApp_NwkState = DEV_INIT。 MT_UartInit()。//登記任務(wù)號(hào) HalUARTWrite(0,Hello World\n,12)。字符39。 //溫濕度傳感器初始化 P0SEL amp。 CO2傳感器電路初始化程序如下： P2SEL amp。// P2DIR amp。// ，設(shè)置為輸入模式 P2INP amp。// AI