基于GPRS与ZigBee地果园环境监测与决策支持系统

word文档精品文档分享本科毕业设计基于GPRS与ZigBee的果园环境监测与决策支持系统摘要随着传感器、无线通信、嵌入式系统等技术的开展，在宽带移动通信、下一代网络和云计算等技术的支撑下，物联网己经广泛应用在仓储物流、智能电网、公共安防、智能楼宇等领域，因其巨大的应用前景得到各国政府的重视，视为继计算机互联网与移动通信网络之后的第三次信息化浪潮。作为连接感知网络与传统通信网络/互联网的桥梁，物联网网关在物联网应用中起到极为重要的角色，在网络架构上有利于现有的通信网络/互联网与感知网络的无缝融合，在应用模式上有利于对传感器网络和感知节点的管理和控制。结合物联网典型应用场景和电信运营商的应用需求，提出了一个基于ZigBee/GPRS的物联网网关系统，实现了传感网与电信网络之间的数据传送、不同类型感知网络之间的协议转换，以及对传感器网络的局部管理控制功能。最后，给出原型系统的实现技术和系统验证。本文首先介绍了ZigBee,GPRS技术的概念及其协议架构，然后介绍了ZigBee-GPRSword文档精品文档分享IIIword文档精品文档分享网关的设计与实现、远程无线传感器网络节点的硬件及其软件的设计方法，进而完成ZigBee与GPRS融合组网。ZigBee传感器节点采用CC2530作为无线数据收发芯片。GPRS模块采用ComWay模块。用户通过操作终端进展远程测控，可获取ZigBee无线传感器网络内部各节点的传感信息。与类似系统相比，本系统实现简单，功能完善，具备实际推广价值。文中最后对本无线传感器网络进展了测试，试验说明所研发的无线传感器网络具有较好的远程监测性、扩展性和移植性，可实现远程无线传感监测功能。关键词：物联网无线传感网ZigBee以太网GPRSOrchardenvironmentalmonitoringanddecisionsupportsystembasedonGPRSandZigBeeChenShuRong(CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China)Abstract:Underthesupportofbroadbandmobilecommunication.Nextgenerationnetworkandcloudcomputing.InternetofThings(IOT)hasbeenwidelyusedinwarehouses,SmartGrids,publicsecurity,intelligentbuildingsandsoon.Alongwiththedevelopmentofsensors,wirelesscommunicationandembeddedsystems.Becauseofitshugeprospectinpublicapplications,InternetofThingshasbeenpaidspecialattentionbygovernmentsallovertheworld,viewedasthethirdwaveofinformationtechnologyfollowingInternetandmobilenetwork.Asthebridgebetweensensornetworkandtraditionalcommunicationnetwork/Internet,IOTgatewayplaysanimportantroleinIOTapplications.IOTgatewayisusedforseamlessintegrationofsensorword文档精品文档分享IIIword文档精品文档分享networksandInternet/telecommunicationnetworks,alsofacilitatesthecontrolandmanagementofsensornetworksandsensornodes.Inthispaper,weproposeanIOTgatewaysystembasedonZigBeeandGPRSprotocolsaccordingtothetypicalnetworkingscenariosandapplicationrequirementsoftelecomoperators;enablethedatatransmissionbetweensensornetworksandtelecommunicationsnetwork,protocolconversionofdifferentsensornetworkprotocolsandsomecontrolfunctionsofsensornetwork;andfinallygivetheimplementationdetailsoftheprototypesystemandperformanceevaluation.Thispaperfirstlyintroducestheconceptandtheframeworkagreement,ofZigBeeandGPRStechnology,andthenintroducesZigBee-GPRSgateway'sdesignandimplementation,andremotewirelesssensornetworknodeofthehardwareandthemethodofsoftwaredesign,afterthataccomplishZigBeeandGPRSfusionnetworking.ThenodeofZigBeesensorusesCC2530asawirelessdatatransceiverchip.GPRSmoduleusesComWaymodule.Theusercanremotecontrolviaterminaloperation,andthenitcanobtainthesensorinformationofeachinternanodeofZigBeewirelesssensornetworkparedwithasimilarsystem,thissystemhasthesimpleimplementationandstrongmaneuverabilityandperfectfunctionandtheactualvalueofpopularization.Thefinaltestshowsthatthewirelesssensornetworkhasverygoodremotemonitoringsex,scalability,andportability,Whichenablesremotemonitoringwirelesssensor.Keywords:IOTWSN ZigBee EthernetGPRSword文档精品文档分享IIIword文档精品文档分享目录1前言11.1课题研究的依据和意义11.1.1选题的依据11.1.2农业监测控制的必要性11.2国内外课题研究现状21.2.1国外的开展与现状21.2.2国内的开展与现状21.3本文主要工作41.3.1研究目标41.3.2研究内容42系统总体设计方案5word文档精品文档分享IIIword文档精品文档分享2.1系统无线网络技术52.1.1 ZigBee无线网络技术52.1.2 GPRS无线网络技术52.1.3 Wi-Fi无线网络技术52.1.4蓝牙无线网络技术62.1.5 ZigBee与主要无线网络技术的比拟62.2系统主要功能与构造72.3系统硬件总体设计82.4系统软件总体设计93系统硬件设计与实现93.1系统的硬件模块93.2 CC2530介绍103.2.1 ZigBee协调器硬件电路123.2.2 ZigBee节点硬件电路133.3 GPRS网关设计153.3.1 GPRS模块与SIM卡接口电路设计153.3.2 GPRS模块与ZigBee通讯电路设计163.4传感器模块的设计173.4.1 SHT11温湿度传感器的硬件设计173.4.2土壤水分传感器的硬件设计183.4.3光敏传感器的硬件设计183.5电磁阀控制系统的设计193.5.1电磁阀控制电路193.5.2电磁阀驱动电路设计204系统软件设计204.1系统的软件模块204.2系统的开发环境214.2.1基于IAR软件的ZigBee开发流程214.2.2基于C#软件的上位机设计234.3 CC2530的IAR软件开发24word文档精品文档分享IIIword文档精品文档分享4.3.1CC2530协议栈的介绍244.3.2CC2530的组网参数设定254.3.3CC2530的数据通讯程序274.3.4串口通讯程序284.3.5SHT11温湿度采集程序304.3.6土壤温湿度采集程序324.3.7光照强度采集程序334.3.8电磁阀控制程序334.4上位机管理平台354.4.1实时显示354.4.2拓扑功能364.4.3报表功能384.4.4系统设置404.4.5控制决策435系统测试与分析445.1实验平台的搭建445.2数据传输测试475.3无线模块通信距离测试475.4串口通讯测试485.5电磁阀测试495.6人机界面测试496结论和展望506.1结论506.2展望50参考文献52附录53附录AZigBee采集节点与协调器的实物图53附录BZigBee采集节点与协调器电路图54附录C系统测试实验图56致谢57word文档精品文档分享IIIword文档精品文档分享华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表word文档精品文档分享IIIword文档精品文档分享前言1.1课题研究的依据和意义1.1.1选题的依据我国是一个农业大国，果树种植具有地域分布广泛、环境因子不确定等特点，传统的果树种植业一般是靠果农的经历来定性地估计各种环境因子，无法对生产过程中的各种环境信息进展准确测量，实现最优化生产；另一方面，由于果树种植的区域性特点比拟强，不能有效进展环境因子的搜集，难于进展统一集中管理。果园环境监测系统，可以对果园果树生长环境土壤温湿度、空气温湿度、光照等必要参数的监测及相关问题的研究。一方面减轻了果农的劳动强度，为环境参数的调节提供可靠地依据，另一方面为果树生长的研究提供准确的数据，对果品提高有着重要的作用。果园采用环境监测系统，进展综合环境监控和调节，可以最大程度创造果树适宜的生长环境，提高水果的产量和质量。既增加果农的经济收入，又满足人们对水果数量、质量的需求。实现果园环境的自动化监测对解决农业领域存在的问题，尽快推进我国设施农业的规模化和产业化，走农业可持续开展的道路有着重要意义。作物正常的生命活动需要一定的环境条件，果树也同样如此。分析环境参数对果树的影响及其相互关系，为果树的生长、开花、结果等创造出更适宜的环境条件就尤为重要。适宜的环境条件不仅直接关系到果树本身的生长状况，而且影响到果农关心的果实的产量和品质。影响果树生长的主要环境参数有土壤养分、土壤湿度、温度、光照强度、气候条件等。为了能使果树到达高产高质，必须要对这些环境参数进展准确的检测和综合的调控。果园环境信息监测系统的设计对实现果树管理的现代化、精细化有着非常重要的意义。1.1.2农业监测控制的必要性当前，不少果园由于缺少一套合理的果园灌溉策略，以至在确定适宜的灌水时间和水量时，往往带有较大的盲目性，或灌得太多，或灌得太少；或者灌得太早，或者灌得太晚，与推行作物节水高产灌溉制度有较大的偏差，导致水资源的浪费和不合理利用。因此，开展节水农业研究，合理利用有限水资源，依据果园环境信息、土壤墒情、作物旱情和渠道工程实际，进展渠系的优化调配，切实地作好渠系引水、输水、配水和田间灌水。根据灌区特点实行方案用水与非充分灌溉〔限额灌溉〕，即按作物水分生产函数与作物需水规律来调配水量，以求单位水量最大的经济效益。实施节水型的灌溉农业，这word文档精品文档分享1word文档精品文档分享是事关我国农业持续开展乃至国民经济持续开展的一项带战略性的根本大事，也是提高农业用水利用率，解决西北地区水问题的有效途径。1.2国内外课题研究现状1.2.1国外的开展与现状在一些设施农业兴旺的国家，其环境测控仪器起步较早，开展也较快。在美国、以色列、荷兰、日本、韩国、加拿大、英国、法国等设施农业相对兴旺的国家中，智能化环境测控技术已经得到了广泛的普及和应用。美国现在大局部果园、农场装备了环境控制计算机，采用专家系统对环境进展调节，创造出适宜作物生长的条件。美国Dasibi公司研制的Dasibi-1000系列环境空气系统专门用于对空气中的主要污染物进展测量。RehardD.Driveretal〔1999〕设计了一个在线实时监测系统，用于检测工业加工过程中硫和氮的浓度，给工厂工作环境平安带来一定的保障。这已经在生产中发挥了积极的作用，取得了显著的经济效益。在高度兴旺的工业化影响下，荷兰农业也具有了高度工业化的特征。作物环境温度、光照、湿度等都采用智能控制系统进展测控，同时也对作物生长情况进展计算机监控。荷兰开发的温室计算机控制系统是通过人机交互界面进展参数设置和必要信息的显示，可绘制出设定参数曲线、修正值曲线以及测量的数据曲线，可以从数据库内调出设定的时间段内参数以便于必要的数据查询，并能直接对计算机串行口进展操作，完成上位机与下位机之间的通信。上位机软件集参数设置、信息显示、控制等功能于一体，同时还能够很好地完成灌溉和气候的控制和管理。欧洲环保局已经建立了欧洲环境信息和观测网，各参加国之间的合作是依靠电子网络来实现的。它的主要目标是为欧洲环保局收集资料、数据，以便于欧洲环保局能对欧洲环境的现状及其开展趋势作出及时和准确的判断。向欧共体及其成员国有关欧洲环境的客观、可靠和可比拟的信息，使各国能够采取必要的措施来保护环境。与此同时，加拿大宇航局研制的太空大气监测系统已成功的向地面传回完整图像，科学家通过这些图片，首次从太空鉴别地球大气污染的主要来源。可见，环境监测的科技化、网络化、信息化必将成为未来的趋势。在许多国家遥测技术以广泛应用在环境监测中，用以对土地、农作物、洪水、森林火灾等进展监测。1.2.2国内的开展与现状目前，我国果园环境参数控制系统的研究与国外还有一定差距，首先我国的设施农word文档精品文档分享2word文档精品文档分享业现代化管理程度不高，有些只能实现对局部环境参数的控制，或需要人工控制，监控条件也够高。其次作物环境参数监控仪器在全国的应用具有明显的不均衡性，从国外引进以及我国自行开发的控制仪器，主要应用于资金充足、技术实力雄厚的科研院所或农业高新示X园，广阔农村果园经营者很少购置。监控仪器系统在中国还没有被广泛的推广开来。自70年代末起，在吸收国外兴旺国家果园环境监控方面的高新科技的根底上，我国农业科研工作人员进展了果园温度、湿度、光照、养分等环境参数测控技术的综合研究。但这些研究缺乏相应的优化软件，根本上是环境单因素检测和控制，没有进展全系统的研究，管理的效率不高。一些从国外引进的环境智能测控系统，界面操作对于国内用户来说显得难以应。另外由于各国的气候有较大差异，按照国外气候设计的控制系统不一定符合国内的控制要求，而且其核心技术对我们进展了封锁，大多数运行费用过高，其价格更是难以承受，在我国很难推广。为针对我国特定环境下，许多学者也着手开发适合我国特定环境监测系统。罗鸿兵〔2005〕设计了GIS环境监测信息管理系统，本文采用GIS专业软件(MapInfoProfessional6.5)和快速软件开发平台(Delphi7.0)，并利用MapX控件技术，研制了都江堰市GIS环境监测信息管理系统。该系统具有对都江堰地表水环境、环境空气、环境噪声、工业废水等环境要素进展监测管理，同时具有都江堰市环境监测信息的空间查询、表达、统计和绘图等功能，可使都江堰市环境监测站直观、有效地进展环境监测信息管理。樊志平等〔2021〕设计实现了基于 ZigBee无线传感网络和J2EE三层B/S架构技术的柑橘园土壤墒情远程监控系统。系统采用具有ZigBee无线数据传输功能的XBee-PRO模块和ECH2O型土壤水分传感器EC-5为核心组成传感器节点，部署于柑橘园的各个采集点对土壤墒情信息进展采集、预处理和无线发送等工作，通过基于 ARM9的嵌入式网关与 Internet网络连接，采集数据传输至远Web主机，通过远程监控中心系统实现对采集数据分析处理和系统运行的远程和实时监控。王XX等〔2021〕设计了基于物联网的果园环境信息监测系统，该果园环境信息监测系统主要由数据采集模块、无线传感网络模块、远程数据传输模块和数据管理模块四局部组成。其中数据采集模块主要完成风速、风向、空气温湿度、二氧化碳浓度、土壤温湿度、电导率以及视频信息的自动采集；无线传输网络负责将采集到的信息迅速高效可靠地传输到总节点；远程数据传输模块负责将总结点的的监测数据通过GPRS网络经Internet传输到数据库，供数据管理模块使用，同时还负责将管理模块发出的摄像头云台控制指令传送到采集端的控制器，通过控制器word文档精品文档分享3word文档精品文档分享来对摄像头进展远程控制；数据管理模块的主要功能是存储属性数据，对数据进展录入、删除、修改、存储、检索和统计等管理。1.3本文主要工作1.3.1研究目标ZigBee节点、ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee移动终端等，搭建一个ZigBee无线传感器网络实验平台，实现温度、湿度、电压等信息的传输和收集、共享等。ZigBee协调器与GPRS模块之间的连接主要是通过串口(DART)进展连接，传输的过程是透明的，由此实现 ZigBee与GPRS网关的开发设计。基于上述模块实现 ZigBee与GPRS的网络融合，进而研究网络路由协议，通过模拟获取数据，研究网络的设计方案。1.3.2研究内容1.深入了解ZigBee协议栈各层协议，包括媒介质接入层(MAC层)的信标管理机制、信道接入机制、保证时隙(GTS)管理机制、CSMA-CA机制、平安模式以及超帧构造；深入了解ZigBee网络层的网络路由协议、网络拓扑构造等。详细了解各层协议之间的接口。2.研发具有ZigBee无线通信功能的传感器模块，在硬件平台上移植ZigBee协议栈。3.研究ZigBee的组网形式和网络拓扑构造。4.搭建ZigBee网络实验平台，在网络节点上加上各种传感器，实现基于ZigBee的无线传感器网络实验平台，开展应用研究。5.研究GPRS模块的硬件组成平台，理解 GPRS相关协议，在其上通过串口 (UART)植入ZigBee无线传感网络。6.研究基于ZigBee与GPRS技术融合组网的工作原理和实现过程，数据如何在融合后的无线网络之间的传输，如何获取远程的目标信息，开展应用研究。word文档精品文档分享4word文档精品文档分享系统总体设计方案2.1系统无线网络技术2.1.1ZigBee无线网络技术2003年，一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低本钱的无线网络技术ZigBee诞生。它主要适用于短距离无线通信方式，依照802.15.4/19标准，可以使用大量的微型传感器之间相互协同工作实现通信。ZigBee的出现加快了无线传感器网络的研究进展，在早期的无线传感器网络研究中，ZigBee一直都被应用于传送那些简单的感知信息或者远程控制的信号量。但是随着近几年需求的不断增长，一些研究人员也开场尝试在ZigBee的环境下传送语音、图像，并建立了相应的节点模型和网络模型。目前市场上大多数多媒体传感器节点也都使用ZigBee射频模块，如前文提到的TelosB,MicaZ,TmoteSky等都是采用了ZigBee射频模块CC2420/CC2430。ZigBee是一种介于无线标记和蓝牙之间的技术，主要用于近距离无线连接。ZigBee的传输距离在10m-100mX围内，在空旷的环境中可达150m。1台ZigBee设备可与多达254台其他ZigBee设备连接，它依据IEEE80215.4标准和ZigBee协议，可以在数千个微小的传感器之间相互协调并实现通信。这些传感器只需很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以通信效率非常高。典型的ZigBee无线传感器网络包括协调器、路由器和终端节点。ZigBee无线传感器网络，采用星型拓扑构造。所有传感器节点将采集到的状态信息都通过路由传送到协调器节点，协调器节点通过RS-232串口与外部通讯。2.1.2 GPRS无线网络技术GPRS网络是一种以分组交换技术为根底，传输数据及指令的高效数据传输网络。它的根本功能是在移动终端和Internet网络的路由器之间传递分组数据。与电路交换相比，具有数据传输速率高、永久在线和费用低等特点。2.1.3 Wi-Fi无线网络技术Wi-Fi(WirelessFidelity)，就是高保真无线通信的一种协议，正式名称是IEEE802.11b，属于短距离无线通信技术。1997年由IEEE发表的IEEE802.11协议，随着技术的开展己经有了IEEE802.11a/b/g/n等不同的版本，通常被统称为Wi-Fi。它是一种短距离无线传输技术，其主要特性为:安word文档精品文档分享5word文档精品文档分享全性好，传输速率快，在较开阔的区域，没有较多障碍物的条件下，通信距离可达300米。目前己有不少研究人员提出了基于IEEE802.11系列协议的无线多媒体传感器节点架构，它通过使用PCMCIA接口直接插入网卡通信，可以获得极高的效劳质量，多用于传输图像视频流等多媒体文件。但由于其本钱高、能量消耗大、连接能力有限等，更多的只能应用于室内环境。2.1.4蓝牙无线网络技术蓝牙(Bluetooth)，也就是后来的IEEE802.15.1，它是一种低本钱短距离的无线通信技术。1998年由IBM、3COM等多家巨头公司共同推出的蓝牙技术(Bluetooth，也就是后来IEEE802.15.1)，它是一种低本钱短距离的无线通信技术，为固定与移动设备建立一个无线通信环境。蓝牙技术因其开放式接口标准、开源的软件支持和适度的电源消耗令工业控制、自动控制、玩具制造等业者雀跃不己，同时随着WSN的深入研究有些学者也考虑使用蓝牙技术传输多媒体图像和语音信息。蓝牙技术的数据速率能到达1Mbit/s且支持语音与数据传输，但它的通信距离一般只有l0m，而且网络节点数最多只能支持7个。由于蓝牙技术的特点，使用蓝牙技术构建的无线多媒体传感器网络一般应用于对效劳质量要求较高、数据速率要求较快、工作节点数目不多的环境中。2.1.5ZigBee与主要无线网络技术的比拟我们将从无线网络的传输速率、网络大小和传输距离，价格等方面，将ZigBee与Wi-Fi，GPRS和Bluetooth技术比拟如表1所示。表1四种传输标推之间的比拟ZigBeeGPRSWi-FiBluetooth最大数据速率250Kbps64~128+Kbps54Mbps〔〕3Mbpsv2.0输出功率1~2mW1~1000mW40~200mW1~100mW覆盖X围2~20m1000+m20~100m20~100m使用频段2.4GHz900MHz2.4GHz2.4GHz最大网络节点数650001307协议标准IEEE802.15.4CDMA/GSMIEEE802.11IEEE802.15.1模块价格约3美元约15美元约25美元2-5美元word文档精品文档分享6word文档精品文档分享ZigBee与现在的无线网络技术相比，蓝牙的传输距离太短，Wi-Fi本钱高，综合考虑后采用ZigBee与GPRS融合技术的方案。GPRS技术是移动通信技术和IP技术相结合的产物，数据在传送过程中要遵循TCP/IP协议。移动网络路由直接和因特网相连，被分配一个固定的IP地址，提供了移动网络与广域网的接口。设备效劳器处在广域网中，ZigBee设备要接入效劳器，有两种方式，一种是直接接入宽带网络，别一种是通过移动网络接入Internet。如果ZigBee设备通过移动互联网接入Internet，就必然要实现ZigBee协议到TCP/IP协议的转换。这便有了ZigBee-GPRS网关。在ZigBee无线传感网络完成数据采集、网络节点定位和控制等一系列功能后，整个ZigBee无线传感网络的数据致到ZigBee网络汇节点(协调器)，对数据进展整合处理后，汇接点将数据转发给GPRS网络，最后由GPRS网络传送给远程的控制总台;同时，控制总台的指令等数据由反向链路回送给ZigBee网络。因此有必要在ZigBee无线传感网络GPRS网络间，设计一个平安、可靠、性能高的GPRS-ZigBee网关，以实现两个网络间数据的平滑传输。ZigBee-GPRS网关是ZigBee网络与移动网络的一个中转站，它实现了移动网络与 ZigBee网络的数据传输及协议的转换。通过GPRS移动网关，也可实现ZigBee网络与Internet网络的互联。网关是整个网络平台的核心。它可以接收各种设备传送上来的信息，对这些信息进行智能处理后上传至 GPRS网络或互联网；也可以将从GPRS网络或互联网传送过来的控制信息传送至特定的一台设备。2.2系统主要功能与构造系统在于提供一种基于物联网的果园监测与智能灌溉决策支持系统。该系统能对果园的土壤水分、土壤湿度、温度、光照强度、气候条件等根本信息进展自动采集，然后根据作物的需水理论构造相应的灌溉策略模型，结合现场实际情况作出灌溉决策，并控制下位机工作以实现智能灌溉。下列图是物联网果园监控与决策系统框图1。word文档精品文档分享7word文档精品文档分享物联网果园监控与决策系统果园环境信息采集系统果园环境智能决策系统土土壤光电水电壤温照泵限源磁水湿度电流总阀分度传源开开开含传感开关关关量感器关器图1物联网果园监控与决策系统框图在环境监控方面，该物联网系统将ZigBee节点放置监控区域内，各节点能够自主形成监控网络，每个传感器终端节点搜集周围环境的温度、湿度、光照强度等信息，这些终端节点将采集到的环境信息传送给ZigBee网络中的协调器，协调器对环境信息进展处理后再通过无线传感网络传至ZigBee-GPRS网关节点，由网关节点通过GPRS网络将温度等信息致到监控管理中心，监控人员根据检测信息及时进展决策和处理。系统可分为果园环境信息采集系统与果园环境智能决策系统。果园环境信息采集系统的根本功能是通过各类传感器和采集设备实时采集果园现场环境的根本信息，土壤含水量、降雨量、气温、光照度信息等。这些根本信息是整个系统决策的依据，这些信息被传输到系统后，系统将根据情况作出灌溉决策。所以，信息采集的及时性、可靠性和完整性，是对信息采集系统的根本性能要求。果园环境智能决策系统的根本功能是根据信息采集系统传送来的灌区根本情况信息，结合系统知识库里的作物需水需肥等理论依据和特性要求，按照一定的规那么进展推理计算，及时作出准确的灌溉决策，并向控制子系统发出具体的操作指令。2.3系统硬件总体设计利用本文设计的GPRS网关，用户可以实现无线传感器网络与互联网之间的互通，无线网关可转发无线传感器网节点采集到的数据至互联网中的PC主机。通讯的效果示意图如图2所示。word文档精品文档分享8word文档精品文档分享温湿度传感器.CC2530终端.节点1.光敏传感器word文档精品文档分享...Zigbee串口计算机CC2530路由CC2530协调GPRS网Internet节点器节点关word文档精品文档分享温湿度传感器word文档精品文档分享...计算机CC2530终端节点nword文档精品文档分享光敏传感器图2通讯的效果示意图2.4系统软件总体设计该系统通过ZigBee网关来采集节点的信息，包括土壤温度、湿度值，光照强度，每个节点都有特定的IEEE地址地址，用C#编程，如图3显示通讯的界面示意图。图3通讯的界面示意图系统硬件设计与实现3.1系统的硬件模块ZigBee-GPRS网关是一个小效劳器系统，该系统由ZigBee协调器、嵌入式效劳器和GPRS模块组成，作为ZigBee无线网络与以监测平台数据交换的中转站，所有无线节点word文档精品文档分享9word文档精品文档分享数据均致给协调器，协调器转发给效劳器，并由其进展地址、协议转换后致给以太网和GSM网，通过GSM网关致到Internet上；反之，Internet和GSM数据也需由服务器进展地址、协议转换后，才致给ZigBee网络。该子系统主要包括三个局部：a.协调器：协调器由 ZigBee节点构成，通过串口与 GPRS模块相连，是ZigBee网络与外部网络的接口，负责ZigBee网络的组建与管理，通过它能控制整个网络，以及它与外部网络的连接方式；b.路由器：路由器由ZigBee节点构成，放置在环境终端采集环境信息；c.GPRS模块：GPRS模块通过串口与嵌入式效劳器相连，用于将ZigBee数据转换为IP数据或将IP数据转换为ZigBee数据，通过GSM/GPRS网络，将数据致至移动客户端，实现对监测环境的实时移动监测。如图4是系统的硬件组成模块。1GPRS网关，2以太网协调器网关， 3终端采集节点， 4土壤水分含量传感器、土壤温度湿度传感器图4系统的硬件组成模块3.2CC2530介绍CC2530的内部构造图如图5所示，CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其他强大的功能。CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统运行模式之间的转word文档精品文档分享10word文档精品文档分享换时间短进一步确保了低能源消耗。5CC2530内部构造图CC2530模块是由CC2530芯片添加极少的外围元器件组成，包括晶振时钟电路、射频输入和输出匹配电路。通过添加这些外围器件，CC2530具备了无线通信的功能，频率为2.4G。CC2530模块的最小系统电路图如图6所示。word文档精品文档分享11word文档精品文档分享图6CC2530模块最小系统电路图3.2.1 ZigBee协调器硬件电路该局部电路图详见附录B，主要由RFCC2530模块、串口电路模块、电源模块、JTAG下载模块、OM12864液晶模块和按键模块等组成，ZigBee协调器主要会聚终端节点采集回来的信息、打包并加以处理，然后通过串口输出。word文档精品文档分享12word文档精品文档分享图7 ZigBee协调器硬件电路3.2.2 ZigBee节点硬件电路该局部电路图详见附录B，主要由RFCC2530模块、电源模块、EEPPROM、继电器模块、电源模块和传感器采集模块等组成，ZigBee节点主要采集温湿度、两路电压值、光照强度和控制继电器驱动电磁阀。word文档精品文档分享13word文档精品文档分享8ZigBee节点硬件电路word文档精品文档分享14word文档精品文档分享3.3GPRS网关设计3.3.1 GPRS模块与SIM卡接口电路设计表2GPRS模块引脚与SIM卡对应接口表管脚号信号名称功能1SIMCLKSIM卡时钟2VSIMSIM卡电源3SIMIOSIM卡数据4SIMRSTSIM卡复位5GNDSIM卡接地图9GPRS模块电路图word文档精品文档分享15word文档精品文档分享GPRS模块与SIM卡接口电路3.3.2 GPRS模块与ZigBee通讯电路设计ZigBee和GPRS的通讯电路设计如图 11所示。其实质就是一个ZigBee的串口模块通过RS232与GPRS通信模块连接。11ZigBee和GPRS的通讯电路图12GPRS串口电路与ZigBee连接电路word文档精品文档分享16word文档精品文档分享图13ZigBee芯片引脚接口电路图3.4传感器模块的设计3.4.1SHT11温湿度传感器的硬件设计SHT11有四个引脚，分别是VCC、GND、DATA、SCK。VCC是电源引脚，工作电压是2.3-5.2V，GND接地，DATA是数据引脚，SCK是时钟引脚。CC2530内置的8051处理器与SHT11之间的时钟同步用的是SCK引脚。DATA管脚用于数据读取。SHT11的详细连接电路如下：1、VCC管脚连接3.3V电源；2、VCC管脚和GND管脚之间参加一个100nF的极性滤波电容；3、DATA管脚和主控的P0.3管脚相连,为了防止信号冲突，VCC和DATA之间再接一个10K的上拉电阻；4、SCK管脚和主控的P0.2管脚相连。具体的电路设计如图14所示。14SHT11电路连接图word文档精品文档分享17word文档精品文档分享3.4.2土壤水分传感器的硬件设计该模块由以下几个局部组成：水分传感元件、电位器和输出端口。其中水分传感元件是一个湿敏电阻，可以通过吸收空气中的水分来改变其电阻值,电位器用来调节电压大小，系统采集土壤水分含量的传感器的电路如图15。图15土壤水分传感器电路图3.4.3光敏传感器的硬件设计系统的光敏传感器选择光敏电阻来采集光照强度，需要将CC2530的P0_1设置为输出，且为低电平，使得S_VDD与VCC连通，为3V左右。光敏传感器的原理图如图16所示。16光敏传感器的原理图3V为供电电压，如果ADC采集得到的电压设为x伏〔〕；那么照度拟合计算公式(X单位：千欧，Y单位：lux)word文档精品文档分享18word文档精品文档分享以幂函数方式拟合照度〔 lux〕曲线方程，其中x为瞬时的光电阻值，y为照度值；1155y1.97通过matlab函数绘图语句：fplot(@(x)1155*x^(-1.5)+1.97,[11000])word文档精品文档分享410103xuL位102，值度照110100010照度〔Lux〕拟合曲线123101010光敏电阻值〔千欧〕word文档精品文档分享图17光照度拟合曲线图3.5电磁阀控制系统的设计3.5.1电磁阀控制电路TLP521是可控制的光电藕合器件，通过三极管 8050来驱动DC5V的继电器，然后可以通过继电器的开合来控制电磁阀的开关。图18电磁阀控制电路图word文档精品文档分享19word文档精品文档分享3.5.2电磁阀驱动电路设计电磁阀的驱动使用LG9110S芯片，该芯片被广泛应用于玩具汽车电机驱动、自动阀门电机驱动、电磁门锁驱动等电路。电磁阀驱动电路如图6所示，VCC_VALUE是电源线，IA、IB为输入端口，连接单片机的P0.1、P0.2；VOUT1和VOUT2为输出端口，连接在电磁阀的两端。VOUT1和VOUT2之间连的电阻和电容，主要的作用是防静电干扰。图19电磁阀驱动电路图系统软件设计4.1系统的软件模块本研究旨在基于 WSN的环境监测系统及GPRS无线传输技术下开发一套能够根据采集到的信息为果园灌溉管理用户提供优化分配的决策支持的果园灌溉决策支持系统。该系统可根据ZigBee采集到土壤水分，温湿度，光照度等信息，再通过GPRS网络传给上位机，PC机在控制界面利用决策结果对果园灌溉设备进展自动控制。因此，系统的软件设计流程图如图20所示。word文档精品文档分享20word文档精品文档分享开场Zigbee协议栈初始化组建Zigbee网络组建GPRS网络上位机拓扑图完毕图20系统软件设计流程图4.2系统的开发环境4.2.1基于IAR软件的ZigBee开发流程ZigBee无线网络软件开发平台IAREmbeddedWorkbench〔简称EW〕的C/C++穿插编译器和调试器是今天世界最完整的和最容易使用专业嵌入式应用开发工具。EW对不同的微处理器提供一样直观用户界面。EW今天已经支持35种以上的8位/16位32位ARM的微处理器构造。EW包括：嵌入式C/C++优化编译器，汇编器，连接定位器，库管理员，编辑器，工程管理器和C-SPY调试器中。使用IAR的编译器最优化最紧凑的代码，节省硬件资源，最大限度地降低产品本钱，提高产品竞争力。EWARM是IAR目前开展很快的产品，EWARM已经支持ARM7/9/10/11XSCALE，并且在同类产品中具有明显价格优势。其编译器可以对一些SOC芯片进展专门的优化。如Atmel，TI，ST，Philips。除了EWARM标准版外，IAR公司还提供EWARMBL〔256K〕的版本，方便了不同层次客户的需求。IARSystem是嵌入式领域唯一能够提供这种解决方案的公司。EW支持35种以上的8位/16位/32位的微处理器构造。典型无线传感器网络ZigBee协议栈构造是基于标准的开放式系统互联(OSI)七层模型，如图21是ZigBee协议栈的开发界面。word文档精品文档分享21word文档精品文档分享21ZigBee协议栈的开发界面程序正常启动时，翻开串口，设置好ZigBee协调器的信道和PANID号，初始化协调器，连接GPRS效劳器。当串口接收到来自ZigBee协调器的数据包时，进展解析并且处理相关的数据，再通过互联网转发至效劳器主机；主机同样也可以通过指令控制ZigBee协调器或者节点。基于IAR软件的ZigBee开发的总体流程图如图22所示。开场配置物理地址配置网路通道配置PANID初始化串口启动Zigbee协调器监听IP地址和某一端口NN串口是否接收到数据是否有客户请求连接Y数据处理并显示YN是否收到控制命令NY是否连接到效劳器Y通过串口致数据给协调器连接GPRS效劳器Zigbee执行智能控制决策效劳器主机显示数据22ZigBee开发的总体流程图word文档精品文档分享22word文档精品文档分享4.2.2基于C#软件的上位机设计VisualStudio是微软公司推出的开发环境，VisualStudio可以用来创立Windows平台下的Windows应用程序和网络应用程序，也可以用来创立网络效劳、智能设备应用程序和Office插件。它是一套完整的开发工具集，用于生成ASP.NETWeb应用程序、XMLWebServices、桌面应用程序和移动应用程序。VisualBasic、VisualC++、VisualC#和VisualJ#全都使用一样的集成开发环境(IDE)，利用此IDE可以共享工具且有助于创立混合语言解决方案。另外，这些语言利用了.NETFramework的功能，通过此框架可使用简化ASPWeb应用程序和XMLWebServices开发的关键技术。C#．NET那么是一种高级的面向组件的编程语言；C#．NET采用了内存垃圾的回收技术，即内存的分配是自动完成的，当被C#的对象占用的内存在该对象不再被使用时，将被释放；C#．NET中的对象会被自动地转换成C#．NET模式；总之，C#．NET是一种类型平安的、现代的、简单的，由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言，兼具VisualBasic的开发时间短和C++的效率高的特点。本文软件开发采用VisualStudio2021。它同时带来了.NETFramework4.0、MicrosoftVisualStudio2021CTP(CommunityTechnologyPreview--CTP)，并且支持开发Windows7的应用程序。本文软件 VisualStudio基于C#语言开发出来的ZigBee拓扑图如图22。图22 C#开发的ZigBee拓扑图word文档精品文档分享23word文档精品文档分享4.3 CC2530的IAR软件开发4.3.1CC2530协议栈的介绍ZigBee协议使用 IEEE802.15.4规X作为介质访问层(MAC)和物理层(PHY)。IEEE802.15.4总共定义了3个工作频带：2.4GHz,915MHz和868MHz。每个频带提供固定数量的信道。例如，2.4GHz频带总共提供16个信道(信道11-26),915MHz频带提供10个信道(信道1-10)而868MHz频带提供1个信道(信道0)。协议的比特率由所选择的工作频率决定。2.4GHz频带提供的数据速率为250kbps。915MHz频带提供的数据速率为40kbps而868MHz频带提供的数据速率为20kbps。由于数据包开销和处理延迟，实际的数据吞吐量会小于规定的比特率。IEEE802.15.4MAC数据包的最大长度为127字节。每个数据包都由头字节和16位CRC值组成。16位CRC值验证帧的完整性。此外，IEEE802.15.4还可以选择使用应答数据传输机制。使用这种方法，所有特殊ACK标志位置1的帧均会被它们的接收器应答。这就可以确定帧实际上已经被传递了。如果致帧的时候置位了ACK标志位而且在一定的超时期限内没有收到应答，致器将重复进展固定次数的致，如仍无应答就宣布发生错误。注意接收到应答仅仅表示帧被MAC层正确接收，而不表示帧被正确处理，这是非常重要的接收节点的MAC层可能正确地接收并应答了一个帧，但是由于缺乏处理资源，该帧可能被上层丢弃。因此，很多上层和应用程序要求其他的应答响应。ZigBee网络中存在三种逻辑设备类型：Coordinator(协调器)，Router(路由器)和End-Device(终端设备)。ZigBee网络由一个 Coordinator、多个Router〔也可以没有〕和多个End-Device〔也可以没有〕组成。23ZigBee设备类型word文档精品文档分享24word文档精品文档分享4.3.2CC2530的组网参数设定CC2530有PrimaryIEEEEaddress、SecondaryIEEEaddress以及RandomIEEE地址Primary是无法设置的，Secondary是可以设置的，通过smartRFFlashProgrammer。当设备运行时，ZigBee协议栈依据以下四个优先级来决定IEEE地址：1、从Z-Stack的NV中读取；2、在SecondaryIEEE地址位置查找；3、在PrimaryIEEE地址位置查找；4、用随机产生的数创立临时IEEE地址。图25CC2530的物理地址烧写软件每一个设备都必须有一个DEFAULT_CHANLIST来控制信道集合。对于一个ZigBee协调起来说，这个表格用来扫描噪音最小的信道。对于终端节点和路由器节点来说，这个列表用来扫描并参加一个存在的网络。这个可选配置项用来控制ZigBee路由器和终端节点要参加哪个网络。文件f8wConfg.cfg中的ZDOCONFIGPANID参数可以设置为一个0~0x3FFF之问的一个值。协调器使用这个值，作为它要启动的网络的PANID。而对于路由器节点和终端节点来说只要参加一个已经用这个参数配置了PANID的网络。如果要关闭这个功能，只word文档精品文档分享25word文档精品文档分享要将这个参数设置为OxFFFF。26IAR软件界面协议栈默认的设置是0xd5，为了扩展信号传输的距离，我把TXPOWER存放器值改0xf5，此时输出功率为4.5dBm。在mac_radio.c文件，做了如下修改：voidmacRadioSetTxPower(uint8txPower){halIntState_ts;if(txPower>MAC_RADIO_TX_POWER_MAX_DBM){txPower=MAC_RADIO_TX_POWER_MAX_DBM;}HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(s);reqTxPower=macRadioDefsTxPowerTable[txPower];HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(s);word文档精品文档分享26word文档精品文档分享/*updatetheradiopowersetting*///**************自己修改*******reqTxPower=0xF5;//*******************************macRadioUpdateTxPower();}4.3.3CC2530的数据通讯程序协调器收集节点信息，接收到数据后打包发给PC机，然后通过串口输出，串口连接GPRS网关，实现上位机数据显示。/**************************************************************************UartRxComMessageMSGCB：串口输出函数**************************************************************************/voidSampleApp_MessageMSGCB(afIncomingMSGPacket_t*pkt){#ifdef slan_COORDosal_stop_timerEx(SampleApp_TaskID,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT);memcpy(RfRx.RxBuf,pkt->cmd.Data,pkt->cmd.DataLength);if(RfRx.RXDATA.Head[0]=='&'){if((RfRx.RXDATA.Head[1]=='W')||(RfRx.RXDATA.Head[1]=='S')||(RfRx.RXDATA.Head[2]=='N')){//新节点参加网络if((RfRx.RXDATA.HeadCom[0]=='J')&&(RfRx.RXDATA.HeadCom[1]=='O')(RfRx.RXDATA.HeadCom[2]=='1')){}RfRx.RxBuf[23]=pkt->LinkQuality;//接收到节点信息帧,一律转发到PC机.HalUARTWrite(HAL_UART_PORT_0,RfRx.RxBuf,pkt->cmd.DataLength);//从串口输出HalLedBlink(HAL_LED_1,2,50,1000);word文档精品文档分享27word文档精品文档分享}}#endif#if(defined(slan_ROUTER)||defined(slan_RFD))//ROUTERORRFDSampleApp_MessageMSGCB_Node(pkt);#endif}4.3.4串口通讯程序串口的初始化程序代码如下：voidMT_UartInit(){halUARTCfg_tuartConfig;/*InitializeAPPID*/App_TaskID=0;/*UARTConfiguration*/uartConfig.configured=TRUE;uartConfig.baudRate=MT_UART_DEFAULT_BAUDRATE;uartConfig.flowControl=MT_UART_DEFAULT_OVERFLOW;uartConfig.flowControlThreshold=MT_UART_DEFAULT_THRESHOLD;uartConfig.rx.maxBufSize=MT_UART_DEFAULT_MAX_RX_BUFF;uartConfig.tx.maxBufSize=MT_UART_DEFAULT_MAX_TX_BUFF;uartConfig.idleTimeout=MT_UART_DEFAULT_IDLE_TIMEOUT;uartCEnable=TRUE;#ifdefined(ZTOOL_P1)||defined(ZTOOL_P2)uartConfig.callBackFunc=MT_UartProcessZToolData;#elifdefined(ZAPP_P1)||defined(ZAPP_P2)uartConfig.callBackFunc=MT_UartProcessZAppData;#elseword文档精品文档分享28word文档精品文档分享uartConfig.callBackFunc=NULL;#endif/*StartUART*/#ifdefined(MT_UART_DEFAULT_PORT)HalUARTOpen(MT_UART_DEFAULT_PORT,&uartConfig);#else(void)uartConfig;#endif/*InitializeforZApp*/#ifdefined(ZAPP_P1)||defined(ZAPP_P2)/*DefaultmaxbytesthatZAPPcantake*/MT_UartMaxZAppBufLen =1;MT_UartZAppRxStatus=MT_UART_ZAPP_RX_READY;#endif}协议栈中UART有两种模式，中断或者DMA，可以通过UART配置构造：typedefstruct{uint8*rxBuf;uint8rxHead;uint8rxTail;uint8rxMax;uint8rxCnt;uint8rxTick;uint8rxHigh;uint8*txBuf;#ifHAL_UART_BIG_TX_BUFuint16txHead;uint16txTail;uint16txMax;word文档精品文档分享29word文档精品文档分享uint16txCnt;#elseuint8txHead;uint8txTail;uint8txMax;uint8txCnt;#endifuint8txTick;uint8flag;halUARTCBack_trxCB;}uartCfg_t;协议栈为串口收发分别配置了一块内存空间rxBuf和txBuf,具体在HalUARTOpen()里配置。而中断与DMA这两种模式具体就运用于数据在串口缓存U0_1DBUF与rxBuf/txBuf之间传送的过程：串口接收DMA模式：(data)—>U0DBUF—(DMA)—>rxBuf—>HalUARTRead()读取rxBuf数据进展处理串口接收中断模式：(data)—>U0DBUF—(中断)—>rxBuf—>HalUARTRead()读取rxBuf数据进展处理串口致DMA模式：(data)<—U0DBUF<—(DMA)—txBuf串口致中断模式：(data)<—U0DBUF<—(中断)—txBuf4.3.5SHT11温湿度采集程序elseif(RfRx.RXDATA.HeadCom[1]=='H'){//读节点湿度#ifdef slan_RFDJVCCON();Sht1xINIT();WaitUs(1000);#endifmemset(RfTx.TxBuf,0,29);word文档精品文档分享30word文档精品文档分享sampleApp_DataFrame(&RfTx.TXDATA);//打包常用数据帧RfTx.TXDATA.HeadCom[0]='R';RfTx.TXDATA.HeadCom[1]='H';RfTx.TXDATA.HeadCom[2]='T';//RfTx.TXDATA.Link=pkt->LinkQuality;//网络连接质量RfTx.TXDATA.DataBuf[0]=temp1>>8;RfTx.TXDATA.DataBuf[1]=temp1;SendData(0x0000,RfTx.TxBuf,29);#ifdef slan_RFDJVCCOFF();#endif}elseif(RfRx.RXDATA.HeadCom[1]=='T'){//读节点温度#ifdef slan_RFDJVCCON();Sht1xINIT();WaitUs(1000);//1000#endifmemset(RfTx.TxBuf,0,29);sampleApp_DataFrame(&RfTx.TXDATA);//打包常用数据帧RfTx.TXDATA.HeadCom[0]='R';RfTx.TXDATA.HeadCom[1]='T';RfTx.TXDATA.HeadCom[2]='T';//RfTx.TXDATA.Link=pkt->LinkQuality;//网络连接质量RfTx.TXDATA.DataBuf[0]=temp1>>8;RfTx.TXDATA.DataBuf[1]=temp1;SendData(0x0000,RfTx.TxBuf,29);#ifdef slan_RFDJVCCOFF();#endifword文档精品文档分享31word文档精品文档分享}4.3.6土壤温湿度采集程序if(events&SHIT_XX_EVT){if(AAA==3){sampleApp_DataFrame(&RfTx.TXDATA);//打包常用数据帧RfTx.TXDATA.HeadCom[0]='R';RfTx.TXDATA.HeadCom[1]='1';RfTx.TXDATA.HeadCom[2]='2';P0SEL&=~0X70;P0DIR&=~0X70;temp1=HalAdcRead(HAL_ADC_CHANNEL_5,HAL_ADC_RESOLUTION_14);RfTx.TXDATA.DataBuf[0]=temp1>>8;RfTx.TXDATA.DataBuf[1]=temp1;temp1=HalAdcRead(HAL_ADC_CHANNEL_6,HAL_ADC_RESOLUTION_14);temp1=(uint16)((((float)(temp1)/0X1FFF*3.3))*1.67*100);RfTx.TXDATA.DataBuf[2]=temp1>>8;RfTx.TXDATA.DataBuf[3]=temp1;temp1=HalAdcRead(HAL_ADC_CHANNEL_4,HAL_ADC_RESOLUTION_14);temp1=(uint16)((((float)(temp1)/0X1FFF*3.3))/47.0*100);RfTx.TXDATA.DataBuf[4]=temp1>>8;RfTx.TXDATA.DataBuf[5]=temp1;SendData(0x0000,RfTx.TxBuf,29);#ifdef slan_RFDJVCCOFF();#endif}word文档精品文档分享32word文档精品文档分享}4.3.7光照强度采集程序elseif(RfRx.RXDATA.HeadCom[1]=='L'){//读节点光敏memset(RfTx.TxBuf,0,29);sampleApp_DataFrame(&RfTx.TXDATA);//打包常用数据帧RfTx.TXDATA.HeadCom[0]='R';RfTx.TXDATA.HeadCom[1]='L';RfTx.TXDATA.HeadCom[2]='T';//RfTx.TXDATA.Link=pkt->LinkQuality;//网络连接质量RfTx.TXDATA.DataBuf[0]=temp1>>8;RfTx.TXDATA.DataBuf[1]=temp1;//光敏数据SendData(0x0000,RfTx.TxBuf,29);}4.3.8电磁阀控制程序//电磁阀控制输出voidWSDputpin(unsignedcharpin,unsignedcharmode){switch(pin){caseRELAYA://继电器A控制switch(mode){caseMODEHIGH:RAINIT();RA=HIGH;JDQA_flag='1';break;//直接输出高电平word文档精品文档分享33word文档精品文档分享caseMODELOW:RAINIT();RA=LOW;JDQA_flag='2';break;//直接输出低电平}break;caseRELAYB://继电器B控制switch(mode){caseMODEHIGH:RBINIT();RB=HIGH;JDQB_flag='1';break;//直接输出高电平caseMODELOW:RBINIT();RB=LOW;JDQB_flag='2';break;//直接输出低电平}break;casePINPAB://AB控制switch(mode){caseMODEHIGH:PCINIT(IO_MODE);RA=HIGH;RB=HIGH;JDQA_flag='1';word文档精品文档分享34word文档精品文档分享JDQB_flag='1';break;//直接输出高电平caseMODELOW:PCINIT(IO_MODE);RA=LOW;RB=LOW;JDQA_flag='2';JDQB_flag='2';break;//直接输出低电平}break;}}4.4上位机管理平台4.4.1实时显示在上位机上实时显示节点的土壤温湿度和光照等传感数据。本上位机软件可以设置自动采集的时间间隔，掉线灵敏度，单位为秒。自动采集的时间间隔默认为5秒，可以任意设置，这样设置的好处是定制用户喜好，方便不同用途；而掉线灵敏度那么是维护自组网络的稳定性，一旦网络中某个节点不工作了，上位机就会在设置的掉线灵敏度的时间内重新自组网络，不会因为某个节点不工作而导致整个网络奔溃。word文档精品文档分享35word文档精品文档分享图27节点的温湿度和光照等传感数据实时显示图4.4.2拓扑功能传感网络可以显示网关跟终端节点的网络拓扑图，，而且可以显示节点的质量。图28节点网络的拓扑网络图本上位机是用C#编程，ZigBee的网络拓扑图的传感器数据是通过Tags表保存并加载到数据库dbconn里面。拓扑网络数据采集局部程序如下：publicForm1(){this.InitializeComponent();#region加载图标word文档精品文档分享36word文档精品文档分享this.ImgLst_TabIcons.ImageSize=newSize(25,25);this.ImgLst_TabIcons.Images.Add(UserIcons._0);this.ImgLst_TabIcons.Images.Add(UserIcons._1);this.ImgLst_TabIcons.Images.Add(UserIcons._2);this.ImgLst_TabIcons.Images.Add(UserIcons._3);this.ImgLst_TabIcons.Images.Add(UserIcons._4);this.ImgLst_TabIcons.Images.Add(UserIcons._5);this.ImgLst_TabIcons.Images.Add(UserIcons._6);this.tabControl1.ImageList=this.ImgLst_TabIcons;this.tabControl1.TabPages[0].ImageIndex=0;this.tabControl1.TabPages[1].ImageIndex=1;#endregion#region连接数据库并加载 Tags表#endregionbase.MaximizeBox=false;dt=newDataTable();dt.Columns.Add("dz");//节点地址dt.Columns.Add("wldz");//节点网络地址dt.Columns.Add("lx");//SHT1X_TEMPdt.Columns.Add("fjdwldz");//父节点网络地址dt.Columns.Add("rssi");//节点RSSIdt.Columns.Add("wd");//温度dt.Columns.Add("sd");//湿度dt.Columns.Add("gm");//光敏电阻dt.Columns.Add("trwd");//土壤温度dt.Columns.Add("trsd");//土壤湿度dt.Columns.Add("trsf");//土壤水分dt.Columns.Add("ontime");Timer_jdcgqsm.Elapsed+=newElapsedEventHandler(this.theout);Timer_jdcgqsm.AutoReset=true;word文档精品文档分享37word文档精品文档分享Timer_jdcgqsm.Enabled=true;}4.4.3报表功能采用CMS1控件，提供实时、历史趋势图，对环境的温度湿度的变化用曲线显示在屏幕上。图29温湿度和光照历史趋势图DZ表负责记录每一时刻各节点的传感器信息由实验编号znum16-bit短地址、温度wd、湿度sd、光敏电阻gm组成，向上翻页button2，向下翻页button3，温度曲线checkBox1控件，湿度曲线checkBox2控件，光照强度曲线checkBox3控件，实时记录下传感器的数值，局部代码如下：publicclassSquxian:Form{privateButtonbutton2;privateButtonbutton3;word文档精品文档分享38word文档精品文档分享privateCheckBoxcheckBox1;privateCheckBoxcheckBox2;privateCheckBoxcheckBox3;privateIContainercomponents;publicstringDZ;privatePointPairListlist1;privatePointPairListlist2;privatePointPairListlist3;privatedoublemiao;privatestring[]ssdz;publicboolsz;publicboolxs;privateZedGraphControlzedGraphControl1;publicSquxian(stringdz){intnum;thisponents=null;this.sz=false;this.xs=false;this.DZ="";this.ssdz=null;this.miao=0.0;this.list1=newPointPairList();this.list2=newPointPairList();this.list3=newPointPairList();this.InitializeComponent();if(dz!=""){for(num=1;num<Form1.dt.Rows.Count;num++){word文档精品文档分享39word文档精品文档分享this.DZ=dz;}this.xs=true;}else{this.ssdz=newstring[Form1.dt.Rows.Count-1];for(num=1;num<Form1.dt.Rows.Count;num++){this.ssdz[num-1]=Form1.dt.Rows[num]["dz"].ToString();}}this.bind1();this.bind2();this.sz=true;}}4.4.4系统设置监控软件可以设置自动采集时间间隔，实时观看数据更新；还可以设置掉线灵敏度，方便ZigBee自组网。另外还可以设置灌溉启动的时长和灌溉停顿的时长。word文档精品文档分享40word文档精品文档分享30系统设置监控软件提供了一个显示数据和控制节点工作的界面。图中软件会不断的监听本地IP，当点击开场连接按键的时候，就会触发一个TcpListener消息事件，TcpListener先确认本地IP已经翻开并且已经连接进入传感网络，这时会不断侦听本地IP是不是有数据传入，接收到协调器传来的数据后开场读取数据。按键触发相关函数如下：privatevoidBtn_StartConn_Click(objectsender,EventArgse){if(this.Btn_StartConn.Text=="开场连接"){if(this.checkBox1.Checked){isweb=true;}else{isweb=false;word文档精品文档分享41word文档精品文档分享}sts="";dt.Rows.Clear();gpport=int.Parse(this.textBox3.Text.Trim());this.Btn_StartConn.Text="断开连接";try{this.tl=newTcpListener(IPAddress.Any,gpport);this.tl.Start();gpkg=true;this.acceptThread=newThread(newThreadStart(this.gprs));this.acceptThread.IsBackground=true;this.acceptThread.Start();this.tabControl1.SelectedIndex=1;}catch{MessageBox.Show("端口输入错误或被占用");}}else{try{this.tl.Stop();Form1.CurrentIP="";this.TSLab_ApIP.Text=Form1.CurrentIP;this.acceptThread.Abort(