【正文】 完 成 日 期： 南陽理工學(xué)院 Nanyang Institute of Technology 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) I 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電子信息工程專業(yè) 張波 [摘 要 ] 本文 基于無線傳感器 zigbee 模塊，搭建出傳輸通信網(wǎng)絡(luò)。以 Python 語言為軟件開發(fā)語言，設(shè)計(jì)用戶客戶端。在對系統(tǒng)構(gòu)架分析和構(gòu)思的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)。然后通過串口調(diào)試助手和編譯器自帶調(diào)試器調(diào)試各個(gè)模塊的通信和控制。 [關(guān)鍵詞 ] 網(wǎng)狀傳輸模型；傳輸通道； 串行通信；處理 器 Wireless sensor Networks Based Irrigation System Design Electronic and Information Engineering Zhang Bo Abstract:Based on zigbee wireless sensor module, to build a transport munication work. In Python language software development language, design of the user client. In STC89C52RC central processor to control the operation of irrigation. In the analysis of the system architecture and concepts on the basis of irrigation system design of wireless sensor works. Connection and zigbee zigbee module with the central processor module with the client through the formation of the control from the user to the irrigation device functioning set of processes, thus pleting the hardware and software design of wireless sensor works of irrigation systems. Then es debugger to debug munication and control of each module through the serial debugging assistant and piler. Finally, the connection of each module, experimental verification and accurate implementation of the results of the analysis of the basic requirements of the wireless sensor system of irrigation. Key words: Mesh transmission model。 serial munication。藍(lán)牙， WLAN,PAN 等無線傳輸方式已經(jīng)家喻戶曉。以前，一方和另一方通信都需要牽一根線，俗稱“牽線”， 以至于現(xiàn)在地下埋著各種錯(cuò)綜復(fù)雜的連線線路，并且在使用壽命和維護(hù)方面都很難工作。隨之，光纖就問世了。一根光纖，把網(wǎng)絡(luò)、電話線等可用信息流全部包含在了其中。隨著社會(huì)的進(jìn)步，城市的開發(fā)，高樓地下室、地下停車場、地鐵等地下運(yùn)營場所的不斷興起，在地下埋 光纖的方式越來越受到大量的限制。于是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的傳輸方式被提出來。這樣用戶就不會(huì)因?yàn)槠渲械囊粋€(gè)基點(diǎn)的損壞而被影響，同時(shí)給維修人員爭取了更多的時(shí)間。它在搭建無線網(wǎng)絡(luò)的基基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了控制端可移動(dòng)、節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)、終端可移動(dòng)的多重移動(dòng)效果。在控制方面實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)控制。 系統(tǒng)框圖如下： 圖 2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 由系統(tǒng)框圖可知，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由四個(gè)部分組成，首先是控制端用來接收用戶發(fā)送的指令，通信端用來將用戶的指令傳輸?shù)教幚砥?，處理端是處理器接收到指令后通過解析發(fā)送控制信號，去控制灌溉器的運(yùn)作。 無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膰鴥?nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 由 于傳感器網(wǎng)絡(luò)的巨大應(yīng)用價(jià)值，它已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部分、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注。強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)標(biāo)情報(bào)的感知能力，信息的綜合能力和信息的利用能力， 設(shè)立了一系列的軍事傳感器網(wǎng) 絡(luò) 研究項(xiàng)目。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由無處不在的、具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)，以多條無線通信方式構(gòu)成的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布域內(nèi)各種監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進(jìn)行處理，然后傳送給需要信息的用戶。 到目前為止， 中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)青年計(jì)算機(jī)科技論壇于 20xx年在北京召開了中國第一次關(guān)于 無線網(wǎng)絡(luò) 的專題報(bào)告會(huì) ， 討論了 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)及其在中國的發(fā)展問題。目前國內(nèi)對無線網(wǎng)絡(luò)模型利用的方面也非常多。在國內(nèi)外利用的衛(wèi)星定位，同樣也是將在對地球采集的信號先發(fā)送到外太空的衛(wèi)星上，再由人們通過提取想要的衛(wèi)星信號，來觀看需要的信息。 毋庸置疑，跟蹤國外傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，并做出開創(chuàng)性的研究工作，對我們國家國防現(xiàn)控制端 通信端 灌溉器 處理端 發(fā)送信號 傳輸信號 控制 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 代化以及實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的發(fā)展也具有重要的意義。由此課題可知，其設(shè)計(jì)過程中最重要的就是利用軟件編程方式去制作應(yīng)用軟件。 圖 3 python 語言與其他軟件語言對比 無線網(wǎng)絡(luò)的搭建使得信號在傳輸過程中能夠更加自主、方便的選擇傳輸?shù)缆罚淅霉?jié)點(diǎn)的路由屬性，可以使其在距離上的限制大大的減少，更從使用和維修方便更加方便和人性化。這樣用戶就不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)節(jié)點(diǎn)的損壞而耽誤正常的生活、生產(chǎn)。其終端的可移動(dòng)特性使得用戶解除了固定位置 的限定，哪個(gè)地方需要信息，就可以直接把傳感器放到那個(gè)地方便于接收和發(fā)送。在價(jià)格方面，也是比較低廉的，對大多數(shù)使用者都是可以很好的承擔(dān)和使用的。隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的迅速興起，網(wǎng)絡(luò)的傳輸也慢慢成為主流。另外，隨著無線充電的 興起，利用無線網(wǎng)絡(luò)的搭建，組成無線供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，這樣家家戶戶只需安裝一個(gè)接收供電的無線模塊，則一家的供電問題就可以解決了，不必再扯拉許多類型的電線進(jìn)行遠(yuǎn)距離供電了。 論文整體結(jié)構(gòu)安排 論文闡述了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本論文可以分為四個(gè)部分如下表： 章節(jié) 內(nèi)容 第一部分 引言：介紹無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以其國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展意義 第二部分 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案選擇及其元器件的選擇 第三部分 具體模塊設(shè)計(jì)：系統(tǒng)中各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四部分 調(diào)試：系統(tǒng)的調(diào)試、分析與總結(jié) 表 1 論文整體組織結(jié)構(gòu)圖 無線網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案 系統(tǒng)方案的選擇 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)是通過外部操作者發(fā)送控制指令，然后將指令通過網(wǎng)絡(luò)傳送到灌溉器實(shí)行灌溉。 方案二：利用客戶端軟件發(fā)送信號，信號由節(jié)點(diǎn)組成的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂贫耍刂贫私邮招盘柌⒖刂乒喔绕鞯倪\(yùn)作。并且按鍵信號需要處理器來進(jìn)行接收再經(jīng)處理器發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)端，最后到達(dá)控制端。但其制作簡單易行，可以完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。而它則 需要不同的地方增加節(jié)點(diǎn)。 控制端設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)中控制端是用于用戶輸入控制指令信號，并將信號保存交由發(fā)送端。系統(tǒng)利用客戶端軟件完成對用戶信號的采集。軟件的運(yùn)行對系統(tǒng)的要求也不同。 開發(fā)語言選擇 目前對于軟件的開發(fā)語言有很多，其中被廣泛使用的包括： java 語言、 C++語言、 C語言、 Visual Basic 語言、 python 語言等。其引進(jìn)的虛擬機(jī)原理可以使得 java 語言運(yùn)行于不同的開發(fā)平臺(tái)。其分布式的結(jié)構(gòu)使得應(yīng)用起來就像操作電腦文件一樣容易。 ? C++:C++語言是一種支持多泛型的通用編程語言，是 使用最為廣泛的程序設(shè)計(jì)語言。出于對語言簡潔性和運(yùn)行高效性方面的考慮， C++的很多特性都需要以庫或者其他形式來進(jìn)行提供，而并不是直接添加到語言本身里去。 Python 語言在設(shè)計(jì)上秉承了清晰化一的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 風(fēng)格，其設(shè)計(jì)宗旨是對于一個(gè)固定的問題，只要尋求一種最好的解決方式就可以了。 ? Visual Basic 語言： BASIC 語言是高階程序式的一種語言，是一種為初學(xué)者設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)語言。而在和操作系統(tǒng)方面，它的語言能夠配合電腦的操作功能得以充分發(fā)揮，使得它收到廣大程序員們的喜愛。并一起強(qiáng)大的操作能力、創(chuàng)新的語法特性、強(qiáng)大的操作能力和便捷的面向組 件編程能力成為 ECMA 與 ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 操作系統(tǒng)選擇 對于軟件的開發(fā)，操作系統(tǒng)的選擇也是一個(gè)必不可少的問題，目前軟件的運(yùn)行的操作系統(tǒng)大多是 Linux 或者紅帽等軟件開發(fā)系統(tǒng)。 操作系統(tǒng) 系統(tǒng)簡介或配置要求 Linux 免費(fèi)試用，自由傳播的類 Unix 操作系統(tǒng)、多種運(yùn)行平臺(tái)、嵌入式系統(tǒng) Windows XP 配置： CPU 233MHZ、內(nèi)存 64MB、硬盤 、顯卡 4MB 顯卡 Windows 7 畫面更加美觀，搜索和使用信息更加簡單，系統(tǒng)更加安全不易遭受攻擊 Windows 8 使用統(tǒng)一的可擴(kuò)展固件界面，支持 ARM 架構(gòu)的系統(tǒng) ,支持 NFC 近距離通信 表 2 操作系統(tǒng)簡介 系統(tǒng)利用操作系統(tǒng)來運(yùn)行控制端的軟件，對于操作系統(tǒng)的選擇有以下幾方面需要考慮： ① ：對于電腦本身配置的選擇，不同的電腦配置適應(yīng)不同的層次操作系統(tǒng)。 通信端設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)的通信端是想把控制端的用戶輸入的信號，通過通信端給發(fā)送出去，由此可知，通信端包括兩部分，發(fā)送端和接收端。因此，通信端的兩個(gè)部分就因?yàn)槭且粚ο嗷ネㄐ诺脑O(shè)備。 1. 藍(lán)牙模塊簡介 無線藍(lán)牙串口模塊 HC05 是一種主從一體的模式，無線藍(lán)牙串口分為兩個(gè)模塊，一個(gè)是藍(lán)牙適配器，插在電腦上的。在用法上，藍(lán)牙適配器適用于所有藍(lán)牙設(shè)備和電腦進(jìn)行通信，符合 +EDR 的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，理論上可傳輸距離達(dá)到 100 米，屬于短距離通信，并且最多允許 7 個(gè)藍(lán)牙串口設(shè)備同時(shí)連接，支持 win win8 等通用 PC 機(jī)操作系統(tǒng)。用法明確，操作簡單，對于剛接觸無線通信的技術(shù)員是個(gè)很好的模塊選擇。在當(dāng)前使用頻率上，屬 NRF2401 和 NRF905 最高。而 NRF2401 模塊更是采用了穩(wěn)定過的CH340T 芯片作為 USB 轉(zhuǎn)串口，內(nèi)置的看門狗防司機(jī)程序，完全勝任環(huán)境惡劣的工業(yè)控制現(xiàn)場的穩(wěn)定運(yùn)行。其與藍(lán)牙相比，可以使傳輸距離更遠(yuǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)操作藍(lán)牙串口 10 米左右的傳輸距離。無線 WLAN 傳輸模塊的優(yōu)勢在于價(jià)格便宜、體積較小、功能強(qiáng)。其運(yùn)行模式有三種： AP、 STA、AP+STA 三種模 式，并且三種模式可以共同存在。 圖 7 無線 WLAN 傳輸模塊及其 PCB 圖 4. Zigbee 無線傳感器模塊 Zigbee 技術(shù)是一種低功耗、短距離、低成本的雙向無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。每一個(gè) zigbee 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)只有僅有一個(gè)zigbee的協(xié)調(diào)器，它的作用是最開始選擇網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)識，并開始這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。最后 zigbee 的終端節(jié)點(diǎn)是出于網(wǎng)絡(luò)的最邊緣，主要任務(wù)是發(fā)送或者接收信息，并且它是不能轉(zhuǎn)發(fā)信息