基于物联网的智慧农业系统的设计

物联网综合应用实践课程设计基于物联网的地籍农业系统设计医院(部门):计算机通信大学专业： 11级物联网1班姓名：郭胜公学号： 1124012指导教师：马伟俊摘要31简介41.1农业互联网技术41.1.1农业互联网背景41.2互联网技术在农业种植环境中的应用51.2.1通过互联网技术智能管理农业种植环境51.2.2 internet of things技术实现农产品质量安全，实现有效监管52基本原则62.1硬件方面62.1.1芯片SHT10简介62.1.2 CC2530简介72.2软件方面92 . 2 . 1 ZigBee技术92 . 2 . 2 ZigBee特征112 . 2 . 3 ZigBee协议栈结构122.2.4无线传感器网络153农业互联网种植环境监测系统设计173.1农业互联网种植环境监测系统关键技术173.2建立农业互联网种植环境监测系统173.3建立农业种植监测系统183.3.1构建系统硬件183.3.2构建系统软件183.3.3编码204汇总225参考文献236感谢函24基于物联网的智能农业系统设计摘要信息智能农业是农业生产的高级阶段，它依靠部署在农业生产现场的各种传感器节点(环境温度和湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等)和无线通信网络，将新的互联网、移动互连、云计算和物联网技术集成在一起，从而实现农业生产环境的智能识别、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线地图和农业生产这是基于ZigBee技术的智能农业解决方案，是以低廉的成本，普通人可以负担的价格；轻松控制，便于所有人使用。功耗低，网络方便，网络坚固，展示了先进技术的新感觉。随着温室规模的扩大，基于ZigBee技术的智能农业解决方案正在使用中，正确地及时控制所有设备，最引人注目的就是网络信号的稳定性。温室的网络范围比较大，所以我们愿意为你提供无线网络！智能农业可以有效地连接Internet communication gateway和其他ZigBee网络设备，实施中继网络，扩展应用领域，并将网关的控制命令发送到相关网络设备，实现所需的传输和控制效果。基于先进ZigBee技术的复合无线中继器提供了灵活性，无需访问网络电缆，直接中继网络，分布网络信号，确保所有设备的运行。主要收集温度和湿度，调节农业植物的水分和光线。关键词：ZigBee，CC2530，智能农业，云计算，物联网1简介农业是关系国民经济和国民生活的基础产业，我国传统农业在向现代农业发展的过程中，面临着农产品总量确保、农业产业结构调整、农产品质量和质量提高、生产效率提高、资源严重不足、利用率低下、环境污染等问题，不能适应农业持续发展的需要。因此，对农业物联网技术的研究势在必行。物联网是以感知为目的，人和人、人、物、物和物都连接在一起的网络。物联网可以很好地应用于很多领域，农业就是其中之一。本文设计了农业最重要的栽培环境智能检测系统。一方设计了主要的技术种植检测硬件系统和软件系统。主要是农业物联网调控系列传感器、无线传感器网络通过模块收集温度和湿度莱顿信息，通过无线收发模块传输数据，通过后台管理远程控制环境信息，随时调整和处理，远程控制环境信息。另外，设计了基于农业物联网的种植环境监测平台。本文旨在设计基于物联网技术的农业种植环境监测系统，极大地促进高现代农业的自动化、智能水平、资源份额减少、农产品生产效率和产品质量提高。1.1农业互联网技术1.1.1农业互联网背景农业信息技术是我国现代农业科学技术的重要内容，积极推进“信息化与农业现代化的整合”，是我国现代农业发展的方向。农业物联网是利用物联网技术通过相应的智能传感器设备实时监控农业种植环境，通过数据收集设备将每个相应的数据通过无线网络系统传输到信息控制中心，从而协调农业种植环境，智能控制农作物健康生长所需的温度、湿度和光、土壤温度、水分含量、适时灌溉系统等环境。实现农业栽培综合生态信息的自动检测，自动监测环境。1.2互联网技术在农业种植环境中的应用1.2.1 internet of things技术实现农业种植环境的智能管理在农业种植系统中只安装相应的控制系统，实时监测整个作物种植环境的个别参数，及时掌握作物生长环境的某些参数，通过参数变化的适当控制控制最佳作物生长环境，将生物信息采集方法应用于无线传感器节点，为温室精密调控提供科学依据。1.2.2 internet of things技术实现了对农产品质量安全的有效监督农业物联网技术广泛采用电子识别、条形码、传感器网络、物联网中间件和网络平台技术等核心技术，实现从生产到存储、运输、交易信息的透明性和实时监控，从而控制从农产品到餐桌的整个过程，安全有效地监督农产品的质量和安全。2基本原理在本实验中，通过CC2530内部的ADC读取温度和湿度传感器SHT10的温度和湿度数据，获得照明传感器的数据。转换上次采样的数据，并将其显示在液晶屏上。其中，温度和湿度的读取是使用CC2530的I/o(p 1.0和P1.1)模拟IIC类的过程。使用内部AIN0通道收集灯光。2.1硬件方面2.1.1芯片SHT10简介SHT10是高度集成的温度和湿度传感器芯片，可提供完全校准的数字输出。使用获得专利的CMOSens技术，确保高可靠性和卓越的长期稳定性。传感器与电容器聚合物湿度传感器、由能量间隙材料制成的温度测量元件、同一芯片上的14位A/D转换器和串行接口电路无缝连接。SHT10接脚性质包括：1.VDD、GND SHT10的电源电压为2.4至5.5V。传感器通电后，必须经过休眠状态，等待11毫秒。在此期间不需要发送命令。可以在电源针脚(VDD，GND)之间添加100nF的电容以进行解耦过滤。2.SCK用于同步微处理器和SHT10之间的通信。接口包含完整的静态逻辑，因此没有最低SCK频率。3.用于读取数据的数据三态语句。数据在SCK时钟下降后更改状态，仅在SCK时钟上升时有效。在数据传输期间，DATA必须在SCK时钟较高的级别保持稳定。微处理器必须在较低级别驱动DATA以避免信号冲突。要将信号提高到最高水平，需要外部牵引电阻(例如10k)。牵引电阻通常包含在微处理器的I/O电路中。将命令发送到SHT10:表示数据传输初始化的一系列“传输开始”计时。较高的SCK时钟级别将数据翻转到较低的级别，较低的SCK更改到较低的级别，较高的SCK时钟级别将数据翻转到较高的级别。后续命令包括3个地址位(目前仅支持“000”和5个命令位)。SHT10表示在第8个SCK时钟下降后，正确接收了将DATA拉至低级别(ACK位)的命令。在第9个SCK时钟下降后禁用DATA(高级恢复)。计时测量(RH和t):发布一系列测量命令(“000000101”表示相对湿度RH，“0000011”表示温度t)后，控制器将等待测量结束。此过程需要大约11/55/210毫秒，分别对应于8/12/14bit测量。准确的时间根据内部结晶速度变化高达15%。SHTxx表示将DATA降级到较低级别、进入空闲模式和测量的结束。控制器必须等待此“准备数据”信号读取数据，然后才能再次触发SCK时钟。测试数据可以先保存，这样在需要控制器时，可以在读取数据之前继续执行其他任务。然后发送2字节的测量数据和1字节的CRC奇偶校验。要确定每个字节，需要通过下拉DATA低级别uC。所有数据都从MSB开始，右侧的值有效(例如，对于12位数据，从第5个SCK时钟开始计算为MSB；对于8位数据，第一个字节没有意义。)使用CRC数据的确认位表示通信结束。如果不使用CRC-8验证，控制器可以测量LSB值，并保持验证位ack高水位，从而中断通信。测量和通信结束后，SHTxx将自动进入休眠模式。通信重置计时：如果与SHTxx的通信中断，可以通过以下信号计时重置串行端口：DATA保持高水位时触发SCK时钟9次以上。在下一指令之前发送“开始传输”计时。这些计时仅重置串行端口，状态寄存器内容保持不变。2.1.2 CC2530简介CC2530基于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE的单片系统解决方案。其特点是以极低的总材料成本构建更强大的网络节点。CC2530芯片集RF收发器、增强的8051 CPU、系统中可编程闪存、8-KB RAM和多个其他模块的强大功能于一身。CC2530现在有四个闪存版本：CC2530F32/64/128/256，主要使用32/64/128/256KB的闪存。有多种操作模式可以满足超低功耗系统的要求。同时，CC2530操作模式之间的切换时间非常短，可以进一步减少能耗。CC2530具有一个高性能2.4 GHz直接序列展布频谱(DSSS)RF收发器核心，具有32/64/128 kB可选编程闪存和8 kB RAM，以及ADC、计时器、休眠计时器、电源重置电路、电源CC2530是功耗相当低的单芯片微计算机，在电源模式3下，电流消耗仅为0.2A，在32 k晶体时钟下工作，电流消耗小于1A。CC2530芯片使用直接正交上转换传输数据。基带信号的冻伤分量和正交分量从DAC转换为模拟信号，经过低通滤波，频率转换为设定的信道。如果需要传输数据，则首先传输到128B的发送缓存的数据将被记录，包头将通过硬件生成。最后，在混合低通滤波器和上转换后，将RF信号调制到2.4GHz，然后通过天线传输。CC2530有两个名为TX/RX的端口，RF端口不需要外部收发交换机，芯片内部集成了收发交换机。CC2530上的存储ST-M25PE16可以完全擦除4行SPI通信模式FLASH，最多可存储2M字节。工作电压介于2.7v和3.6v之间。CC2530温度传感器模块倒f型天线使用TI公司发布的2.4GHz倒f型天线设计。天线的最大增益为+3.3dB，天线面积为25.77.5mm。此天线完全符合CC2530操作频带(CC2530操作频带的2.400GHz至2.480GHz)的要求。图1 .CC2530芯片针脚CC2530芯片针脚功能AVDD1 28电源(模拟)2-v3.6-v模拟电源连接AVDD2 27电源(模拟)2-v3.6-v模拟电源连接AVDD3 24电源(模拟)2-v3.6-v模拟电源连接AVDD4 29电源(模拟)2-v3.6-v模拟电源连接AVDD5 21电源(模拟)2-v3.6-v模拟电源连接AVDD6 31电源(模拟)2-v3.6-v模拟电源连接DCOUPL 40电源(数字)1.8V数字电源解耦。不使用外部电路供电。DVDD1 39电源(数字)2-v3.6-v数字电源连接DVDD2 10电源(数字)2-v3.6-v数字电源连接GND-接地垫应连接到牢固的接地。GND 1、2、3、4未使用的连接GNDP0_0 19数字I/o端口0.0P0_1 18数字I/o端口0.1P0_2 17数字I/o端口0.2P0_3 16数字I/o端口0.3P0_4 15数字I/o端口0.4P0_5 14数字I/o端口0.5P0_6 13数字I/o端口0.6P0_7 12数字I/o端口0.7P1_0 11数字I/o端口1.0-20-mA驱动器功能P1_1 9数字I/o端口1.1-20-mA驱动器P1_2 8数字I/o端口1.2P1_3 7数字I/o端口1.3P1_4 6数字I/o端口1.4P1_5 5数字I/o端口1.5P1_6 38数字I/o端口1.6P1_7 37数字I/o端口1.7P2_0 36数字I/o端口2.0P2_1 35数字I/O端口2.1P2_2 3