【正文】 的。 圖 8 Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)模塊 處理端設(shè)計方案 系統(tǒng)的處理端主要負(fù)責(zé)接收用戶傳送過來的指令，并根據(jù)解析的指令去控制灌溉器進(jìn)行灌溉。目前中央處理器的種類更是成千上萬，考慮到對芯片使用熟練度的問題，因此選擇使用課堂上老師講過的或者使用比較熟練的較為合適。 51 單片機與 STM32 單片機的對比 單片微型計算機成為單片機，是一種大規(guī)模集成電路芯片，是 CPU、 RAM、 ROM、 I/O 接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。下面介紹兩款常用的單片機 51 單片機和 STM32 單片機。 優(yōu)點：功能齊全、抗干擾能力強、兼容性較好、網(wǎng)上的資料較多，編譯環(huán)境較為簡潔，對于初學(xué)者容易接受和使用。 缺點：功能實現(xiàn)單一、需要增加多種外設(shè)、處理器速度較慢。最高工作頻率可達(dá) 72MHz，存儲器達(dá)到 128K 字節(jié)的閃存和 20K 字節(jié)的 SRAM,外設(shè)齊全。 缺點：指令集過多，需要使用官方庫函數(shù)。價格較貴。 表 3 51 單片機與 STM32 單片機簡介 灌溉器端設(shè)計方案 灌溉器端是處理器控制的外部設(shè)備，主要實現(xiàn)灌溉的目的。社會上的灌溉器大多都是利用機械原理進(jìn)行園地的灌溉。 ? 機械灌溉器：安裝簡單，易于控制人員操作。 ? 抽水噴水機：實質(zhì)是一個噴水電機，利用電機的運轉(zhuǎn)進(jìn)行抽水噴水，價格便宜，利于控制，且可人為控制其灌溉。根據(jù)上述各種開發(fā)語言的比較，這里系統(tǒng)選擇 Python 語言編寫一個腳本軟件，因為它的操作簡單，控制容易，解決問題的方法比較明確，用起來較為方便，能夠滿足對系統(tǒng)控制端的需求。由于 windows8 的用戶量較大，且其具有兼容性好，穩(wěn)定性高的優(yōu)點，因此系統(tǒng)選擇 windows8 作為客戶端軟件設(shè)計的操作系統(tǒng)。具有語法加亮、基本文本編輯、段落縮進(jìn)、調(diào)試程序等基本功能。下面是系統(tǒng)設(shè)計的軟件流程圖： 圖 10 串口發(fā)送軟件流程圖 驅(qū)動的編寫 根據(jù)軟件流程圖可知首先需要一個串口，這個串口是發(fā)送模塊與 PC 機相連接的串口，這個軟件需要打開它，在 python中可以調(diào)用 serial模塊，利用 serial模塊中的 Serial()函數(shù)進(jìn)行串口的打開。然后我們得知道其狀態(tài)，就必須有一個狀態(tài)顯示框去顯示其是否打開成功，最后就是開始監(jiān)測用書鍵盤的輸入，但是對于鍵盤的輸入并不是所有的都 是有效信號，因此在這里應(yīng)該做一下過濾，把有效的信號保存，并通過 write()函數(shù)發(fā)送出去。輸入完串口號點擊 Open COM就可以打開串口了，如果打開成功，后面的狀態(tài)欄就會顯示 COM 串口打開成功，若是想關(guān)掉就直接點擊 Close COM 就可以了，同樣狀態(tài)指示欄會顯示當(dāng)前串口打開情況。下圖是幾個按鍵含義： 鍵盤按鍵 狀態(tài)顯示 操作含義 ‘ W’ ‘ GO UP’ 打開噴水機噴頭 ‘ S’ ‘ GO DOWN’ 關(guān)閉噴水機噴頭 ‘ A’ ‘ GO LEFT 向左旋轉(zhuǎn)噴頭 ‘ D’ ‘ GO RIGHT’ 向右旋轉(zhuǎn)噴頭 ‘ ESC’ ‘ EXIT’ 退出 表 4 鍵盤按鍵操作釋義 由操作釋義可知，當(dāng)用戶按下鍵盤“ W” 鍵時，灌溉器的噴頭開關(guān)就會打開，灌溉就會開始，然后“ A” 、“ D” 鍵用來控制舵機的運轉(zhuǎn)控制噴頭向左，向右轉(zhuǎn)。若是想關(guān)閉控制界面就按下鍵盤上的“ ESC” 關(guān)閉控制界面就可以了。因此無線網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)選用 zigbee 模塊作為系統(tǒng)的傳輸端模塊。由 zigbee工作原理可知，每個 zigbee 網(wǎng)絡(luò)都擁有一個 協(xié)調(diào)器作為整個網(wǎng)絡(luò)的核心， 協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)創(chuàng)建和維護整個網(wǎng)絡(luò)，為每個加入該網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配一個網(wǎng)絡(luò)地址 。對于其它加入模塊則設(shè)置成傳感器節(jié)點屬性，但也需要相同的頻道和波特率。 利用組成的 zigbee 網(wǎng)絡(luò)，用戶的指令就可以通過此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號的傳輸，把信號從控制端通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳輸?shù)教幚矶诉M(jìn)行處理，最終實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)。通過 51單片機和 STM32 單片機的選擇比較，系統(tǒng)用只是利用處理端進(jìn)行串口數(shù)據(jù)的處理和灌溉器的控制，因此系統(tǒng)選擇 8 位處理器就可以完成任務(wù)的 51 單片機，其功能也較齊全，價格也便宜，使用起來比較熟悉。 單片機軟硬件設(shè)計 STC89C52RC 單片機最小系統(tǒng) 如下圖所示 ，當(dāng)晶振頻 率 X1 為 4MHZ 的時候，電容 C2 和C3應(yīng)為 100pF；晶振頻率 X1 位 6MHZ 時，電容 C2和 C3 應(yīng)為 47pF100pF；晶振頻率 X1為 12M25MHZ 的時候，電容 C2 和 C3 因為 47pF。 RESET 管腳內(nèi)部已經(jīng)有 4K100K 的下拉電阻。uVision4 集成了 C語言編譯器，宏編譯，鏈接 /定位，以及 HEX 文件產(chǎn)生器。利用中央處理器的串口收發(fā)功能接收用戶輸入的信號，再根據(jù)收到的信號進(jìn)行解析，根據(jù)上述規(guī)定把相應(yīng)的信號進(jìn)行處理并去控制外圍設(shè)備。利用串口中斷函數(shù)實現(xiàn)接收控制端發(fā)出的信號，通過解析其信號，按照預(yù)先規(guī)定的指令功能實現(xiàn)其外圍設(shè)備的功能。則對定時器 0 進(jìn)行重裝預(yù)定值，通過一個 IO 口輸出此周期的波形，然后再控制其高電平的時間在 就可以控制其轉(zhuǎn)向。 灌溉器端設(shè)計與實現(xiàn) 灌溉器端就是進(jìn)行噴水灌溉，經(jīng)過系統(tǒng)的方案比較，由于機械噴頭的可操控性太差，只能不確定方位的噴水，因此系統(tǒng)選用噴水頭電機作為灌溉器的主要實現(xiàn)產(chǎn)品。因此灌溉器主要包括用繼電器控制的直流噴水電機和用 PWM波控制的舵機。對于單片機的驅(qū)動能力，我們對繼電器模塊進(jìn)行單獨供電，而留出一個控制口，用來接收中央處理器的控制信號，在三端口，我們把公共端進(jìn)行接到外部大電流正極端，這里我們利用 的電池進(jìn)行驅(qū)動灌溉電機，而常開端接到電機的正極端，常閉端則不接任何東西，灌溉電機的負(fù)極就接到 電池的負(fù)極，當(dāng)繼電器吸合的時候，電機的正極電流通過常開端流向噴水器，這樣就可以進(jìn)行噴水灌溉了。由于舵機的三條線電源線、地線、信號線。而單片機的驅(qū)動能力本來就很弱，并且由于電信號的干擾，使得單片機產(chǎn)生的 PWM 波信號及其不穩(wěn)定，然而在控制的時候需要控制好其電源的供給就可以了。因此系統(tǒng)將將噴頭的管子用膠水粘在舵機的方向轉(zhuǎn)盤上，這樣就達(dá)到了實現(xiàn)控制其方向的目的。在控制端，發(fā)送器需要利用 USB串口線進(jìn)行工作，而其獨立的模塊則需要一個 的電壓單獨供電，因此在這里選擇了一個 TTL 電平轉(zhuǎn)串口的模塊進(jìn)行供電和連接，因為這樣既可以供出 的電壓，而且還與 PC 機端的地線是同一個地。其供電效果可以供出 、 5V 和 GND 不同的電壓來，而供電模塊的供電接口又包括，串口線、 USB 口、圓形電源口三個接口，可以滿足不同的要求。因此控制端的調(diào)試尤為重要。實物連接圖為： 圖 18 實物連接圖 下面是利用 zigbee 模塊把兩臺電腦連接起來，一端用控制界面發(fā)送字符，另一端用串基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計 18 口調(diào)試助手接收并顯示字符。當(dāng)控制器能夠 成功發(fā)送信號到處理器端，則處理器首先就是對信號進(jìn)行解析，然后通過解析出來的指令去控制灌溉器的運作。完成了本次設(shè)計的基本功能，下面是本次設(shè)計中主要完成的內(nèi)容： 1) 首先對系統(tǒng)設(shè)計做了整體的構(gòu)思，按照其基本要求一塊一塊的添加模塊，最終達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計的整體要求。利用 python 語言編寫一個小型腳本語言用來打開串口與發(fā)送數(shù)據(jù)。將 zigbee 模塊調(diào)節(jié)相通，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸模型 。 5) 搭建供電模塊電路，畫出原理圖，焊出實物板。利用繼電器模塊去控制大電流類型的電機，用來實現(xiàn)灌溉的目的。 b. 利用 zigbee 模塊搭建無線網(wǎng)絡(luò)，但只是實現(xiàn)了點對點的通信，并沒有完全發(fā)揮zigbee 強大的組網(wǎng)功能，沒有實現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)點?？梢岳?AD 采集芯片控制不同電壓的輸入和輸出。 e. 對于電源模塊，供電模塊就是有 3 種，卻利用了多處電源供電，連線復(fù)雜，浪費資源，對系統(tǒng)的整體設(shè)計產(chǎn)生了影響。本次設(shè)計通過軟件設(shè)計和硬件設(shè)計共同完成，讓我加深了對以往學(xué)過知識的理解，并通過軟硬件結(jié) 合的方式，讓我感受到其功能的強大。每個環(huán)節(jié)，如果當(dāng)時做的時候就考慮到了會出問題，那么在解決問題的時候就可以省去一半的精力。 以后的社會將是一個網(wǎng)絡(luò)遍行社會，在無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，可以看到從古代的驛使到現(xiàn)代的 interwork 通信，社會在不斷的進(jìn)步，人類的思想也在不斷的創(chuàng)新。研究無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸和運行，不僅對于系統(tǒng)的 設(shè)計，工業(yè)的控制，甚至人類的以后生活都息息相關(guān)。而這其中讓人擔(dān)心的無線傳輸?shù)膯栴}則是對于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性。對于無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男盘栐斐珊艽笥绊?。但正是因為這些問題，無線網(wǎng)絡(luò)才更是值得我們?nèi)パ芯?、去探索、去尋找解決問題的方法。而網(wǎng)狀傳輸模型更是不斷的更新?lián)Q代，為人類的生活和生產(chǎn)提供更大、更好的幫助。red39。black39。red39。 sbit Motor_b = P1^1。 sbit Motor_d = P1^3。 Sbit pwm = P1^7。 unsigned char count = 0。 static unsigned char MotorRun = 0。 for(i = 0。 ++i) 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計 25 { j = 50。 } } void uart_init(void) { SCON = 0x50。 IE = IE | 0x82。 TL1 = 0xfd。 TL0 = 0x33。 EA = 1。 TR0 = 1。a39。amp。z39。039。 switch(uart_data) { case 39。: jd。 break。d39。 if(jd == 6) jd = 5。 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計 26 case 39。: off_on = 0。 case 39。: off_on = 1。 default: break。 jd = 3。 delay(1)。 return 0。 TL0 = 0x33。 else pwm = 0。 count = count%40。 uart_data = SBUF。 } else { TI = 0。 } }基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計 28 致謝： 本次畢業(yè)設(shè)計是在指導(dǎo)老師薛曉的細(xì)心指導(dǎo)下完成的，并得到了實驗室張海濤、楊磊等實驗室人員的熱情幫 助。同時也磨練了自己的耐性，真正的耐下心來去看完一本書，不懂得東西，及時向別人請教，在這段時間里，真的讓我感覺過的很充實。雖然我們做著不同的畢業(yè)設(shè)計，但是在我們的那個小組里，遇到問題，同樣我們也是可以商量著來。雖然大家的問題不盡相同，但是也許我的這個問題，他曾經(jīng)遇見過。 在跟著畢業(yè)指導(dǎo)老師的這段時間里，時間過的很快，并認(rèn)識到自己能力的缺陷，在對以后的不管是生活中，還是工作中都有個很好地指引。讓我認(rèn)識到了在做項目的過程中需要多方面思考，全面考慮，統(tǒng)籌把握，預(yù)先想到會出現(xiàn)的問題以至于留出查看和修改問題的空間，在后來的調(diào)試過程能夠最大的節(jié)省時間，高效率、少時間的完成設(shè)計。多虧指導(dǎo)老師耐心的講解及交流才讓我有了如此的進(jìn)步。是他給了我們許多的指導(dǎo)，不僅在學(xué)習(xí)上，還是在生活上，都讓我們獲益匪淺。 最后感謝各位在百忙之中抽出時間評閱論文的老師們，您們辛苦了