基于wsn的无线防盗报警系统设计本科毕业论文

④P3端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在AT89S52中，同样P3口还用于一些复用功能，如表4-2所列。在对Flash编程和程序校验期间，P3口还接收一些控制信号。表4-2P3端口引脚与复用功能表端口引脚复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）RST复位输入端。在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。看门狗定时器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期的高电平。在SFRAUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。DISRTO位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。ALE/地址锁存允许信号。在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。在对Flash存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号，可用于外部定时或时钟。但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一个ALE脉冲。在需要时，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置为“1”，从而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令执行时ALE才被激活。在单片机处于外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。程序存储器允许信号。它用于读外部程序存储器。当AT89S52在执行来自外部存储器的指令时，每一个机器周期PSEN被激活2次。在对外部数据存储器的每次存取中，PSEN的2次激活会被跳过。/Vpp外部存取允许信号。为了确保单片机从地址为0000H～FFFFH的外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果锁定位1被编程，则EA在复位时被锁存。当执行内部程序时，EA应接到Vcc。在对Flash存储器编程时，这条引脚接收12V编程电压Vpp。XTAL1振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。XTAL2振荡器的反相放大器输出。本系统采用AT89S52单片机作为系统的控制器件，这是因为AT89S52是目前应用比较广泛的MCS-51系列兼容单片机作为主控制器。由于AT89S52单片机芯片内有时钟振荡电路，因此本系统单片机采用内部时钟方式，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟信号脉冲信号，具体电路设计如图4.3所示。图4.4单片机系统硬件电路原理图图中电容C1、C2的作用的是稳定频率和快速起振，其值为5~30pF,在此选择30pF；晶振X1的振荡频率范围在1.2~12MHz之间选择，本系统中选择12MHz。（2）电源电路：电源电路模块为系统板上的其他模块提供+5V电源。供电电源可由开关电源提供，即能满足。（3）时钟电路模块的设计：单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部的各种操作提供时间基准。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，作为单片机工作的时间基准，典型的晶体振荡频率为12MHz。MCS-51系列单片的时钟信号可以由两种方式产生：一种是内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路；另一种方式为外部时钟方式。（4）复位电路模块设计复位电路使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的状态。当在MCS-51系列单片的RST引脚处引入高电平并保持2个机器周期，单片机内部就执行复位操作。复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一位是按键复位。本系统采用按键复位方式。4.2电源电路在无线传感网的电源电路有两种供电方式，一种是用三节1.5V电池供电，一种是直接通过电源供电。当要使用第二种供电方式时，J8断开。TPS79533起了稳压的作用，它将4.5V或电源电压转换成系统需要的3.3V电压。在模块中，BT+为电池正极，BT-为电池负极，为指示电量是否正常设置了发光二级管，当电压正常时，发光二极管亮。利用片内ADC的功能，将采集的电压值作为判断电源是否是正常的，当发现电压降低时，就将重要数据及时备份，保护数据。图4.5电源电路4.3串口通信模块：在数据接收端，有下面两种方法供选择：RS-232是在任何时候都常用的接口之一。它不仅已经被内置于每台PC，而且已被内置于从微控制器到主机的多种类型的电脑和与它们连接的设备。RS-232的最平常得用处是连接到一个Modem，其他拥有RS-232接口的设备包括打印机，数据采集模块，测试装置和控制回路。你也可以将RS-232用在任何类型得计算机之间的简单连接中。RS-232主要是处理两台设备之间的通信的，距离限制为50到100f，这决定于波特率和电缆类型。因为RS-232端口被广泛应用，它的另一个用途是与一个把这个接口转换成另一种类型的适配器相连。例如，一个简单的回路将一个RS-232端口转换成一个RS-485端口，这个端口可以和多台设备相连并且可以使用更长的导线连线。RS-232连接使用非平衡导线。尽管一个非平衡的状态听起来像是一些应该避免的东西，在这里它仅仅是指导线中信号的电气特性。在一条非平衡导线中，信号电压加到一条导线上，所有的信号电压都使用一个公共的接地线。这种类型的接口的另一个术语是单端。RS-232有几个优点：它是无处不在的。每一台PC机都有一个或更多的RS-232端口。更新的计算机现在支持其他诸如USB这样的串行接口，但是RS-232可以做很多USB无法做的事情。在微控制器中，接口芯片使得将一个5V串口转换成RS-232变得很容易。连接距离可以达到50到100ft。大多数的外设接口都不会用于太长的距离。USB连接最长可以达到16ft，PC机的并口打印机接口与主机的距离可以达到10到15ft，或者利用IEEE-1284B型驱动器可以达到30ft。但是RS-232可以使用更长的电缆。如果每一个RS-232端口与一个Modem相连，你可以使用电话网在世界范围内发送数据。对于一个双向连接，你只需要3条导线。一个并行连接一般需要8条数据线，两条或者更多的控制信号线，和几条接地线。所有的导线和更大的连接器使得价格累计起来就比较高了。(1)RS-232的缺点包括以下这些：如果连接的另一头需要并行数据，它不得不将这个串口数据转换成并行数据。但是利用一个UART，这很容易实现。串口是如此的有用，以至于寻找一个未用的串口可能会比较困难。PC机可以有多个串口，但是一个系统可能无法为每一个串口分配一个唯一的中断请求信号。大多数的微控制器只有一个硬件串口。其中，RS-232电平转换电路如图3.10所示。在一个连接中不能有超过2台以上的设备。指定的最大数据传输速率是每秒20000位。但是，很多接口芯片可以超过这个数值，尤其是在短程连接上。很长的连接需要一个不同的接口。双向RS-232通信的3个基本信号如下：TD：将数据从DCE传输到DCE也被称作TX和TXD。RD：将数据从DCE传输到DTE。也被称作RX和RXD。SG：信号地。也被称作GND和SGND。(2)电压RS-232的逻辑电平用正负电压表示，而不是只用5VTTL和CMOS逻辑的正电压信号表示。在一个RS-232的数据输出（TD），一个逻辑0被定义为等于或者高于+5V，而一个逻辑1被定义为等于-5V或者比低于-5V。换言之，信号使用负逻辑，在这种逻辑中，负的电压为逻辑1。控制信号使用相同的电压，但是使用的是正逻辑。一个正的电压表示这项功能为开，而一个负的电压表示这个功能为关。RS-232接口芯片反向转换这些信号。在一个UART的输出引脚，一个逻辑1数据位或者一个关控制信号接近于5V，它在RS-232的接口产生一个负电压。一个逻辑0数据位或者一个开控制信号接近于0V，它在RS-232接口产生一个正电压。因为一个RS-232接收器可能位于一条长电线缆的末端，等到信号到达接收者的时候，它的电压可能已经削弱了或者加载了噪声信号。考虑到这种情况，在接受方最低要求的电压要比在驱动器处要低。一个比+3V高得多的输入在RD处是一个逻辑0，或者在一个控制输入处是一个开。一个比-3V要低得多的输入在RD处为一个逻辑1，或者在一个控制输入处为一个关。根据这个标准，在-3V和+3V之间的一个输入的逻辑电平没有定义。噪声容限，或者电压容限，是输出电压和输入电压的区别所在。RS-232的大电压波动导致一个比5VTTL逻辑宽得多的噪声容限。例如，即便一个RS-232驱动器的输出为最小的+5V，它也会在接受方削弱或者噪声峰值大到2V，并且仍旧是一个有效逻辑0。很多RS-232输出有更宽的电压波动：±9V和12V是很平常的事情。这些都导致更宽的噪声容限。最大允许的电压波动是15V，尽管接受方必须不受任何损害地处理高达25V的电压。使用的另外两个与RS-232有关的术语是Mark和Space。Space是逻辑0，而Mark是逻辑1。这两个术语是多年以前机械记录仪二进制数据的，他们分别代表物理标记和空白。(3)计时限制TIA/EIA-232包括最小和最大计时规定。所有的RS-232接口芯片都符合这个规定。指定的旋转速度限制了接口的最大比特率。旋转率是当输出切换时电压变化的快慢的量度，并且描述了一个输出的电压变化的瞬间速度。一个RS-232驱动器的旋转速度必须是每毫秒30V或者更少。限制旋转速度的好处是它通过事实上消除由于电压偏转引发的问题来改进信号质量，电压偏移发生在传输有着快速上升和下降节拍的信号的长距离连线上。但是旋转速度也限制了一个连接的最大速度。在30V/us的速度下，一个输出需要0.3us从+5V切换到-5V。RS-232的规定的最大波特率为20kbps，这个速度转换成一个比特宽度为50us，或者在允许的最快旋转速度下为166倍的切换时间。事实上，因为UART在位的中间附近读取输入数据，并且还因为大多数的时间参考时钟是非常准确的，你可以安全的使用短到5到10倍的切换时间的位的宽度。考虑到这些，有的接口芯片允许115kbps或者更高的波特率，即使这违反了这个标准的建议。除了有一个最大的切换速度之外，RS-232驱动器还必须符合最低标准以确保信号不在逻辑状态之间的未定义区域停留。对于控制信号和其他40bps和更低的信号，信号线必须花费不超过1ms的时间在有效的逻辑1和逻辑0之间的传送区域，对于其他数据和时间信号，这个限制是4%的位宽，或者在20bps下为2us。信号的上升和下降次数也要尽可能的接近相等。(4)在5V逻辑和RS-232之间转换很多微控制器有异步串口，但是它们的输出和输入使用5V逻辑而不是使用RS-232电压。将5V落连接到一个RS-232端口需要转换到RS-232电平和从RS-232电平转换到5V逻辑。利用5V逻辑，我假定了TTL或者CMOS逻辑芯片使用的逻辑电平，这些芯片是由一个单一的+5V电源供电，信号电平以接地电平作为参考。对于TTL逻辑，一个逻辑低输入不高于0.8V。一个逻辑高输出必须至少为2.4V，而一个逻辑高输入必须至少为2V。利用这些逻辑电平，一个接口可以有0.4V的噪声信号而不至于产生错误。这些逻辑电平应用在初期的，标准的7400系列的TTL逻辑和他的派生系列，包括74LS74F和74ALSTTL。较早的利用NMOS技术制造的微控制器也使用这些逻辑电平。大多数的CMOS芯片定义了不同的逻辑电平，并且有更宽的噪声容限。一个逻辑低CMOS输出不高于0.1V，而一个逻辑低输入可以高达20%的电源电压，或者对于5V的电源输入可以达到1V。一个逻辑高输出至少为4.9V，而一个逻辑高输入必须至少达到电源电压的70%，或者对于5V电源输入而言达到3.5V。使用这样的逻辑电平的系列包括4000系列，74HC和74AC。有的CMOS芯片有TTL兼容输出。这使得他们可以直接和CMOS或者TTL逻辑项链。遵循这个惯例的芯片包括74HCT逻辑系列和大多数的微控制器。（5）zigbee模块的232与单片机开发板232直连，RS-232是在任何时候都常用的接口之一。它不仅已经被内置于每台PC，而且已被内置于从微控制器到主机的多种类型的电脑和与它们连接的设备。RS-232的最平常得用处是连接到一个Modem，其他拥有RS-232接口的设备包括打印机，数据采集模块，测试装置和控制回路。你也可以将RS-232用在任何类型得计算机之间的简单连接中，在无线传感器节点各单元中，核心单元为处理器单元以及射频单元。处理器单元决定了节点的数据处理能力，路由算法的运行速度以及无线传感器网络形式的复杂程度。而且不同处理器工作频率不同，在不同状态下消耗功率也不相同，因此不同处理器的选用也在一定程度上影响了节点的整体能耗和节点的工作寿命。射频单元的选择直接影响了无线通信使用的频段、节点间数据通信的收发速率以及节点的通信距离等为了方便监测网络中数据传输的正常，需要串口来连接单片机AT89S52，获取节点内部的数据。单片机AT89S52连接串口到CC2430，必须加max232进行电平转换。设计中因为是sink节点故只需一路输入输出，VDD需要接电源并用C19接地。在从CC2430数据接受端，要将数据传输到单片机进行处理，之间要232串口线相连，用232串口线分别接在CC2430模块的9针口和如下图的9针口，并打开单片机开发板的串口通信开关。图4.6max232串口电平转换电路图（6）usb转232PL2303是Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利联接的解决方案。该器件内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可实现USB信号与RS232信号的转换，能够方便嵌入到手持设备。该器件作为USB／RS232双向转换器，一方面从主机接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设；另一方面从RS232外设接收数据转换为USB数据格式传送回主机。这些工作全部由器件自动完成，开发者无需考虑固件设计。图4.7RS232-USB接口转换器通过利用USB块传输模式，利用庞大的数据缓冲器和自动流量控制，PL2303HX能够实现更高的吞吐量比传统的UART（通用异步收发器）端口,高达115200bps的波特率可用于更高的性能使用。其电路图如上：RS-232的优点；它是无处不在的。每一台PC机都有一个或更多的RS-232端口。更新的计算机现在支持其他诸如USB这样的串行接口，但是RS-232可以做很多USB无法做的事情。在微控制器中，接口芯片使得将一个5V串口转换成RS-232变得很容易。连接距离可以达到50到100ft。大多数的外设接口都不会用于太长的距离。USB连接最长可以达到16ft，PC机的并口打印机接口与主机的距离可以达到10到15ft，或者利用IEEE-1284B型驱动器可以达到30ft。但是RS-232可以使用更长的电缆。如果每一个RS-232端口与一个Modem相连，你可以使用电话网在世界范围内发送数据。对于一个双向连接，你只需要3条导线。一个并行连接一般需要8条数据线，两条或者更多的控制信号线，和几条接地线。所有的导线和更大的连接器使得价格累计起来就比较高了。在实际的使用中，一定要在电脑内装上相应的驱动，这样就可以找到他的端口号（COM口）看清使用的那个端口，还要看电脑的操作系统。4.4ZigBee无线传感器网络的实现ZigBee无线传感器基于IEEE802.15.4技术标准和ZigBee网络协议而设计的无线数据传输网路，该网络由若干个ZigBee终端节点和一个中心节点构成一个星型网络，终端节点主要负责各个传感器模块的信息采集和传送。中心节点主要用于接收各个终端节点的上传数据，并对其进行压缩处理后通过扩展接口传送至服务器端,传感器模块采用51单片机控制，通过扩展串口与采集模块相连，其主要负责接收和处理采集数据。该系统中传感器采用的是数字温度传感器DS18b20，该传感器的精度高，使用方便，传感器的采集数据经串口ZigBee模块发送。由于扩展了2个串口，可以根据实际需要方便、快捷地扩展其他类型的传感器模块。图4.8ZigBee无线传感器网络拓扑结构图4.5器件的选择4.5.1红外传感器的原理热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升△T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压△U。常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极。在环境温度有ΔT的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到10m左右。热释电红外探测器（PassiveInfaredDetector，PIR）,即探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒钟就已适应环境，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，只是背景温度，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数米至数十米。而热释电红外传感器是一种能检测人或某些动物发射的红外线,并将其转换成电信号的器件。它的工作原理是基于热释电效应，所谓热释电效应就是当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷的电极化现象。同时，我们知道，任何高于绝对温度（-273度）的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。而人体一般在37度，红外辐射也最为稳定，所以会发出特定波长为10微米（um）左右的红外线，这正好落在探测范围（8~12um）内。本设计采用型号KP500B双源式热释电红外探测器，其参数如表4-3所示。表4-3KP500B参数工作波长(μm)平均透过率输出信号(V)工作电压(V)工作电流(mA)源极电压(V)工作温度(℃)视场有效距离（m）5-14＞75%＞2.52.2～158.5～240.4～1.1-20～+70138°×126°5～8结构如图4.8所示。A：探测元A；B：探测元B；D：接电源正极；S：信号输出端；G：接地端；RG：高值电阻。图4.9传感器探测原理由于双元式探头采用互补技术，静态情况下不会产生电信号输出。动态情况下，人体经过探头先后被A元或被B元感应，双源失去互补平衡作用而产生信号输出。当人对着探头呈垂直状态运动，不产生差值，双源很难产生信号输出。因此，探测器安装的位置与人行走方向呈平行为宜，如上图所示。菲涅尔镜片为了增强监测的能力，为传感器加上了菲涅尔透镜。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在传感器上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。从外观上看，菲涅尔镜片表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。圆环线多而密，感应角度大，焦距远；圆环线刻录的深，感应距离远，焦距近。红外光线越是靠进同心环，光线越集中，而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区，同心环之间组成一个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段越多，水平感应角度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小，区段数量少被感应人体移动幅度就要大。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，本文介绍如何用单片机驱动蜂鸣器，他广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电话机等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。电磁式蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。S51增强型单片机实验板通过一个三极管C8550来放大驱动蜂鸣器。

压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.5~15V直流工作电压），多谐振荡器起振,输出1.5～2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声鸣器。4.5.2蜂鸣器有二种，一种可以通过直流电压控制，分5v,9v,12v超电压使用，内部驱动电路则产生振荡驱动电压，发出音调固定的声音；另一种像喇叭一样，可以用变化的电压直接驱动。改变频率则可以控制音调，驱动电压的幅值控制音量大小。第一种蜂鸣器一般都有一个固定的频率参数也就是它发出的声音是不能变化的，就象食堂用的打卡器一样，卡一贴近就发出都的一声。第2种就不同了用单片机驱动第2种蜂鸣器后还可以使他演奏出美妙的音乐，我们只需要用简单的程序就可以控制单蜂鸣器所奏的频率，也就控制了音调。蜂鸣器是利用给其内部线圈不断地通断电流，造成蜂鸣器薄膜的振动，从而产生空气的振动而发出声音，不同的频率可以控制发出不同的音调。我们在连接有蜂鸣器的输出引脚输出高低不同的电平，只要控制高低电平的延时时间，就会产生不同的音调。要控制蜂鸣器引脚输出能发出Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Ti七种音阶的频率。就要知道七种音阶的频率，通过频率计算出高低电平的延时时间，利用程序控制不同的延时，达到输出不同音调的效果。通过分析我们知道：用一定频率的方波信号驱动蜂鸣器则可以产生对应频率的声音信号。为了产生控制蜂鸣器的信号，最方便的方法就是采用盛群单片机的PFD功能（可编程分频器：ProgrammableFrequencyDivider)。PFD功能实际上是让单片机内置定时器工作在普通定时器模式，而定时器的溢出产生控制PFD信号表4-4音阶-频率对照表图4.10蜂鸣器实物图4.11蜂鸣器与单片机的报警电路图4.12Zigbee模块的硬件介绍总结设计主要研究基于无线传感器网络的报警系统。本系统借助技术成熟的无线传感器网络采集信号并传送单片机处理，由单片机控制报警装置。当有人在进入房屋时，安装在相应部位的传感器马上就能检测到，并立即把信号传送到控制中心，经过一系列信号处理后，由单片机控制报警装置开启，整个传送过程只需几秒种的时间，报警器就能报警，户主就可以知道有陌生人进入房间。首先，硬件部分我从二个模块着手，首先是通过KP500B双源式热释电红外探测器采集信息，将信息传到微处理器上，由核心控制模块AT89S52单片机控制报警模块，使它发出报警声音，保证户主能够及时根据报警信息做出相应的方法。其次，软件部分在对芯片的管脚功能和用法以有充分的了解后，根据设计要求设计硬件电路，包括传感器采集信息电路、单片机控制电路，再编写所需要的程序，然后通过软件编程，实现了智能家居安防报警功能，解决了传统人工安防受距离限制的问题，这样，基本实现了预期的目标。在本次设计中，由于经济原因，重要芯片未购买到，没有焊接电路板，仅在理论上做了较深的论证，经可行性分析，原理的设计已成熟，若能进行硬件设备的搭建并调试成功，其具有良好的市场应用前景和工程指导意义。对软硬件作适当扩充修改后，还可以应用于环境监测、石油开采设备的监测与控制、农作物生长状况的监测、交通管理系统及安防系统等诸多领域。总的来说，系统设计结构清晰，资源利用合理，不失为一款高性价比的方案。参考文献AkyildizIF,SuW,SankarasubramaniamY,etal.Asurveyonsensornetwork.IEEECommunicationsMagazine,2002,40(8)崔莉,鞠海玲,苗勇等.无线传感器网络研究进展.计算机研究与发展.2005,42(l)SHedetniemi,A.Liestman.Asurveyofgossipingandbroadeastingincommunic-ationnetwork.Network,2004,18(4)赵保华,张炜,刘恒昌,屈玉贵.无线传感器网络的组划分算法.计算机学报，2004，24(2)AkkayaK,YounisM.Asurveyonroutingprotocolsforwirelesssensornetworks.AdHocNetwork,2005,3(3)孙利民,李建中,陈渝.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005,StipanicevDarko,MarasovicJadranka.Networkedembeddedgreenhousemonitoringandcontrol.IEEE,2003[J]宋迪,程志华,牛斗.WSN在新型蔬菜大棚中的应用.单片机与嵌入式系统应用,[M]2008NouryN,HerveT,RialleV.Monitoringbehaviorinhomeusingasmartfallsensor.In:ProeeedingsoftheIEEE-EMBSSpeeialTopicConfereneeonMicroteehnologiesinMedicineandBiology.Lyon:IEEEComPuterSoeiety,2000郑君刚,吴成东,文茅龙.无线传感器网络在智能家居中的应用,智能建筑,[M]2005,8:N.knaian.Awirelesssensornetworkforsmartroadbedsandintelligenttransportationsystems.MScthesis，MIT2000刘华峰,金士尧.三维无线传感器网络综述.计算机应用[M],2007,12(27)樊昌信,曹丽娜.通信原理[M].北京:国防工业出版社2006.2孙利民等编著.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.5.IEEE802.15.4Wirelessmediumaccesscontrol(MAC)andphysciallayer(PHY)specificationsforLow-ratewirelesspersonalareanetworks(LR-WPANs)[S].牟连佳，某连泳.无线传感网络及其在工业领域应用研究[J].工业控制计算机，2005,18(1)李善仓，张克旺.无线传感器网络原理与应用[M].北京:机械工业出版社.2008黄继昌.徐佳玉.传感器工作原理及应用实例[M].人民邮电出版社.高伟.AT89单片机原理及应用[M].北京：国防工业出版社2008.2孙利民等编著.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.5.附录Ⅰ外文文献原文、译文Therealizationofwirelesssensornetworksandapplicationsinagriculture1IntroductionWirelesssensornetworks(WirelessSensorNetwork,WSN)aredeployedinthemonitoringareabythelargenumberoflow-costmicrosensornodes,wirelesscommunicationthroughtheformationofamulti-hopnetworkself-organization.Theaimistoperceivecollaboration,collectionandprocessingofnetworkcoverageintheperceptionofobjects,andsendobservers."Sensors,sensingobjectandtheobserver,"constitutethethreeelementsofthenetwork.Herethatthesensorisnotinthetraditionalsenseofthesimpleperceptionofphysicalsignalsandthesensorintoadigitalsignal,whichisthesensormodule,dataprocessingmoduleandwirelesscommunicationmoduleintegratedinasmallphysicalunit,thatis,enhancedfeaturesthanmanytraditionalsensorscannotonlybeawareofenvironmentalinformation,butalsodataprocessingandwirelesscommunicationcapabilities.Withthebuilt-insensornodesinavarietyofsensors,wheretheenvironmentcanmeasureheat,infrared,sonar,radarandseismicsignalsandothersignalstodetecttemperature,humidity,noise,lightintensity,pressure,soilcomposition,movingobjectthesize,speedanddirection,andsomanyphysicalphenomenaofinteresttous.Wirelesssensornetworkisanewmodeofinformationacquisitionandinformationprocessing.Becauseoftheshortageofwaterresourcesareataconsiderabledegree,plus90%ofthewaste,untreatedsewageorhandlingstandardsfordirectdischargeofwaterpollution,waterqualityislowerthan11%ofagriculturalwatersupplystandards.Wateristhelifebloodofagriculture,isthecontrollingelementoftheecologicalenvironment,butitisalsostrategiceconomicresources,extractionofgroundwaterbypumpirrigationoffarmland,rationaluseofwaterresources,developmentofwatersupply,improvetheecologicalenvironmentinChinaiscurrentlyaccurateAgriculturekey,souseofirrigationwaterandenergysupplyintoday'sworldisthegeneraltrendoftechnologicaldevelopment.2Overviewofwirelesssensornetworks2.1ThesystemarchitectureofwirelesssensornetworksWirelesssensornetworksystemarchitectureshowninFigure1,typicallyincludesensornodes,aggregationnodesandmanagementnodes.Cloudsintheobservationareasensornodesinordertoconstituteanetworkofself-organizedmanner.Sensornodeprocessingthecollectedinformation,thewaytomulti-hoprelaytheinformationtransmittedtothesinknode.ThenthroughtheInternetormobilecommunicationnetworkandotherchannelstoreachmanagementnode.End-usersthroughthemanagementofwirelesssensornetworknodemanagementandconfiguration,releasemonitoringtasksorcollectreturndata.2.2Thecharacteristicsofwirelesssensornetworks(1)self-organization.Asthenetworkandthenetworkitself,thephysicalenvironmentinwhichtheunpredictabilityoffactors,suchas:cannotpre-setexactlocationofthenodecannotknowinadvancetherelationshipbetweenthenodesadjacenttosomenodesbecauseofenergydepletionorothercausesofdeath,newnodesjoinandsoon,makethenetworkdeploymentandexpansionwithouttheneedtorelyonanyofthedefaultnetworkinfrastructure,layeredprotocolbetweennodesanddistributedalgorithmsbycoordinatingtheirbehavior,anodecanquicklystartautomaticallyaftertheformationofaseparatemulti-hoproutingnetwork.(2)multi-hoprouting.Limitedcommunicationdistanceofnodesinthenetwork,thenodecanonlycommunicatedirectlywithitsneighbors,ifbeyondtherangeofitsRFcommunicationnodes,youneedtoberoutedthroughintermediatenodes.(3)thespatialdistributionofalargearea,nodedensity,thenumberishuge.(4)data-center.Inwirelesssensornetworks,peopleusuallyonlycareaboutaregionwithinacertainnumericalobservations,andnottothespecificobservationsconcernedasinglenode.(5)Nodecapacityconstraints.Theenergyofsensornodes,processingpower,storagecapacityandcommunicationabilityandsoisverylimited.①Powerenergyrestricted.Astheminiaturizationofsensornodes,nodebatterypowerislimited,andbecausephysicalconstraintsmakeitdifficultfornodestoreplacethebattery,sobatterypowerlimitationsofsensornodesisthewirelesssensornetworkdesignoneofthemostcriticalconstraints,whichdirectlydeterminesthenetwork'sworklife.②computingandstoragecapacityislimited.Bringlow-costmicrosensornodesweakprocessor,memorycapacityofsmallfeatures,soitcannotperformcomplexcalculations,andthetraditionalInternetnetworkprotocolsandalgorithmsontherelativematurityofwirelesssensornetworks,toocostly,difficulttouse,mustthereforebesimple,effectiveprotocolsandalgorithms,suchastheZigBeeprotocol.③communicationislimited.Typically,theenergyconsumptionofwirelesscommunicationandcommunicationdistancedEtherelation:E=kdn.Where2<n<4.Nisusuallytakenas3.2.3Theshortcomingsofwirelesssensornetworks(1)energyislimited.Sensornodesareusuallypoweredbyordinarybatteriesorlithiumbatteries,theenergylimited.Inunattendedenvironments,wirelesssensornetworkapplicationsisoneofthebottlenecks.(2)nodecostishigher.Currentlyonthemarketpriceinthousandsofsensornodesoverthewirelesssensornetworknodesneedmany,limitingpromotetheuseofwirelesssensornetworks.(3)Thepoorsecurity.Asaresultofwirelesschannel,distributedcontroltechnology,thenetworkmorevulnerabletopassiveeavesdropping,activeintrusionandotherattacks.(4)collaboration.Individualsensornodesareoftenunabletocompletethetargetofmeasurement,trackingandrecognition,whilethenumberofsensornodesneedtoexchangeinformationthroughthealgorithmondataobtainedforprocessing,aggregationandfiltering,thefinalresult.3thecurrentwirelesssensornetworkapplicationsinagricultureViewofthewatershortageandthedemandforfarmlandirrigation,irrigationequipmentundertheexistingconditionsofapplicationfieldsofcrops,soil,waterdistribution,etc.,forpreciseanalysisofthecurrentagriculturalsolvedkeytechnicalproblems,weproposeauseofwirelesssensornetworktechnology,suitableforlargeareasofagriculturallandIntelligentIrrigationControl.

3.1ThesystemworksOfSCMsystemwithmultiplesensorsonthehumidity,temperature,rainfall,pH,waterevaporation(windspeed)andairtemperature,andotherinformationcollectiontoachievethepreciseautomaticirrigationcontrolfield,theoutputofthesignalinformationthroughawirelessfull-duplexPublicdatatransmissionsenttothecontrolcentertransceivermodule(embeddedsystems)todeterminewhethertoactivatethepumpforthefarmwatersupply,watersupplyornot,thissameinformationsentbytheGPRScommunicationthroughtheInternettoremotecontrolcenters,remotemonitoring,andsomemodelsbycomputertoprocessinformation,makeawatersupplyplan.

3.2HardwareDesignofWirelessSensorNetworksWirelesssensornetworkmodelisdifferentfromthetraditionalwirelessnetworkinfrastructure,network,monitoringtheregionbyalargenumberofsensornodesrandomlydispenser(thenode),coordinatedbythenodeandquicklysetuptheirowncommunicationsnetwork,undertheprincipleofpriorityforenergyefficiencydivisionofworktasksformonitoringregionalinformation.Self-organizingpropertiesofthenetworkwhenthenodefailureisreflectedinthenewnodeisaddedorwhenthenetworkiscapableofadaptivere-establishedtoadjusttheoveralldetectionaccuracy,givefullplaytoitsadvantagesinresources,thatis,eachnodeinthenetworkwithdatacollectedinadditionbothdataforwardingfunctionsmulti-hoprouting.Wirelesssensornetworkscomposedofnodesineachcategorybythegeneraldataacquisition,dataprocessing,datatransmissionandpowerthefourparts.Eachofmicrocontrollerhardwareandsoftwaredesignarethesame.Thedesignofthestudydesignwasonlyforasinglechipsystem.Bemonitoredintheformofphysicalsignalsdeterminesthetypeofsensor.EmbeddedprocessorsareoftenusedCPU,suchastheMOTOROLAcompany's68HC16,C51MCUandsoon.Datatransmissionunitcanbeselectedfromlow-power,short-rangewirelesscommunicationmodules,butconsideringtheanti-theftandnaturaldamage,thesystemchoosesthelargerpower,transmissiondistanceofSA68D21DL,farmerscanbeplacedintheofficeorhome,themaincontroller.Figure2depictsthecompositionofthenode,inwhichthedirectionofthearrowindicatesthatthedataflowdirectioninthenode.

3.3ThemaincontrolsystemInthissystem,thecontrolnetworkandInternethostsastheconnectionbetweenthewirelesssensornetworkprotocolconversiongateway.ThehardwareusedZhiyuanElectronicsMiniARMembeddedcomputermodules.MiniISAseriesacquisitionboardstructureusingsmartcard,thatcardonthebuilt-inMCU.MCUontheboardon-boardI/Oportscontrol,toachieveI/Odatabuffer,therebyreducingtheinterfacetothehostboardforMiniISAdependence,savingthehostdataprocessingtime,toensureMiniISAsystemmoreefficientoperation.MCUboardcanalsocollectdataoroutputdataforfurtherprocessing.SystemschematicshowninFigure3.

3.4Designoftheremotecontrolsystemismainly

GPRScommunicationsystem,GPRSandInternetnetworkaccesssystem,themonitoringcenterconsole-friendlyinterfacedisplaycontrolsystem.ThispartofthehardwarecanbeappliedtoexistingmobiletelecommunicationscompaniesandInternetresources,softwareandprofessionalcapabilitiestoconsiderthecostofindependentdevelopment,theproposedapplicationoftheexistingremotesoftware,suchas"BallRemoteControl"software,remotemonitoringequipmentCo.,Ltd.inHunanProvinceTheRC-2000remotecontrolsoftwarevisualizationsystem.ConcludingRemarksThispaperreviewsthenodesofwirelesssensornetworks,characteristics,andcurrentapplicationsinagriculture,research-basedembeddedsystems,intelligentwideareaoffarmlandoutofthewatersupplysystem,waterisdetectedfieldinformationtocontinuethroughtheautomaticcontrolElectricwaterpumptostart,andrealizedtheremoteGPRScommunications,PC,tolearnthroughthehealthsystemandoverwhichitcontrolled,automaticacquisitionofsoilinformationtodeterminewhethertoactivatethepumpfromthelineforthefarmwatersupply,whichisinlinewithChina'sruralareasbasicnationalconditions.Thesystemissimple,clickonthesystemtransformation,canbedesignedcourtyardautomaticwatersupplysystems,automaticwatersupplysystemandagardengreenhouseautomaticwatersupplysystem,sothescalabilityofthesystemisbetter,relativelybroadprospects.Today'swirelesssensornetworkasanewhotspotinthefieldofinformation,involvinginterdisciplinary.Withthereducedcostsensorsandrelatedsolutionstocontinuousoptimizationproblems,suchaspowerconsumptionanddatafusionalgorithmismoresmall,nodelocalizationalgorithmincontinuousimprovement,andmoreadvancedwirelessRFmodule,wirelesssensornetworkswillbemoreinagriculturewiderangeofapplications.1microcontrollerfeaturesofthedevelopmentoftechnologySCMhasbeentheresince,SCMtechnologyhasgonethroughnearly20yearsofdevelopmentjourney.Throughoutthepast20yearsofSCMExhibitionhistorywecanseethattheSCMtechnologytothedevelopmentofthemicroprocessor(MPU)technologyandultra-large-scaleintegratedcircuittechnologyfortheExhibitionforthepilottopullawiderangeofapplications,showingmorepersonalitythanthemicroprocessortrendofdevelopment：

SCMlonglifeheresaidthelong-life,ontheonehandreferstothedevelopmentofSCMproductscanbestableandreliablework10,20,ontheotherhandreferstothemicroprocessorcomparedtothelonglife.Withtherapiddevelopmentofsemiconductortechnology,MPUreplacementfaster,to386,486,586astherepresentativeoftheMPU,withinaveryshorttimetobeoutofBureau,andthetraditionalmicrocontrolleras68HC05,8051,andsohasbeen15yearsofage,theoutputisstillrising.ThisisfromItsapplicationtothecorrespondingareasofadaptation,ontheotherhandisduetosuchCPUasthecore,integratedwithmoreI/OfunctionsSCMmoduleofthenewseriesemerging.ItisexpectedthatthesuccessfullistingoftherelativelyyoungcoreCPU,alsowiththeI/Omodulesoftherich,havealonglifecycle.NewtypesofjoiningtheCPU,theSCMteamhasgrowntotheuserbringsmorechoice.

8,16,32-bitmicrocontrollercommondevelopmentthisisthecurrentSCMtechnologydevelopmenttrendsoftheother.Foralongtime,single-Machinetechnologyisthedevelopmentofeight-oriented.Asmobilecommunication,networktechnology,multimediatechnology,andotherhigh-techproducts

Accesstofamily,32-bitmicrocontrollerapplicationshavebeendevelopedbyleapsandbounds.Motorola68KfortheCPUtothe32ofthe97SCMAugustsalesof10million.ThatbecauseofthepasteightSCMfunctionisgrowing,moreandcheaper32-bitmachine,16SCMlivingspaceislimited,and16-bitmicrocontrollersfromthedevelopmentofbothvarietiesandproduction,inrecentyearshavesubstantiallymore。OfgrowthSCMfasterdevelopmentintheMPUdemonstratedbythefasterclockfrequencyisincreasingasthehallmark.TheSCMisdifferent,toenhanceSCManti-disturbancecapacity,lowernoiseandlowerclockfrequencywithoutsacrificeSCMofferingscomputingspeedisthepursuitoftechnologicaldevelopment.8051MCUwithsomemanufacturerstoimprovetheinternalwhentheMCUSequence,withoutraisingtheclockfrequencyofconditions,toraisealotfaster,MotorolaMCUisusedSuoRingoftechnologyorinternalfrequencytechnologytotheinternalbusspeedsignificantlyhigherthanthefrequencyoftheclockgenerator.68HC08microcontrollerto4.9Mwithexternalandinternalclockoscillatorof32M,and32-bitmicrocontrollerseriesM68Ktheuseof32KexternaloscillatorfrequenciesUpto16MHzinternalclockabove.

Low-voltageandlowpowerconsumptionsincethemid-1980s,NMOStechnologySCMgraduallyreplacetheCMOSprocess,thepowertoDroppedsubstantially,withtheultra-large-scaleintegratedcircuittechnologyfrom3μmofdevelopmentto1.5,1.2,0.8,0.5,0.35。Andtherealizationofnearly0.2μmtechnology,alldesignedsothatstaticclockfreque