《基于zigbee的农业大棚的移动监测系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
■＇＇－？．．分类号Ｓ２４学号Ｍ１２０７３１ＵＤＣ密级媛叫义華ＹＡＮＧＺＨＯＵＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕去学佐冷文（学木型）基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究■ｔ＇－、．Ａ丫靖胡泮：：护．．．又＇■，－Ｖ：２２５１２７杨鹏副教授，扬州大学．指导教师姓名，江苏扬州申请学位级别：硕去学科专业名称；农业生物环境与能源工程论文提交日期：２０１５．０４．１０论文答辩日期：２０１５．０５．２８学位授予单位：扬州大学学位授予日期：２０１５．０６．３０＇答辩委员会主席：周波教授一）■訂－巧：？兴冷巧；咎；＇‘八‘＇一＇．一乂屯？．…＇八‘：方去次；冶若２０１５年５月於－甲一＇＇＂＾．．－、八，７１－、：：＂＇＇兴．＇．：＊心＇产Ｖ尸．＞；心￥？如，逆減菩令－＇－。．＇－－＇＇＊屯／＇：／？产；．：，；、■一．‘—－．片节＇Ｌ＞於公以’：心；＇：薪皆请：＾￡？＾．輿、，．一．苗三巧扣．赛海辕苗…一‘，一‘．巧主－节許．’一户火‘．己－－－Ｖ在气＊ｒ一－，‘＊－成＾＾．ｒ．一一＇ 摘要（Ａｂｓｔｏｃｔ）Ｉ摘要随着数字农业技术的发展，如何实时、准确地监测大棚作物生长状况成为了关键问题。近年来，ＺｉｇＢｅｅ技术在大棚环境监测领域的发展非常迅速。将无线传感网络技术应用于大一一、棚环境腔测系统，在大规模种植环境基础下建立个集移动监测低功耗于体环境参数无线监测系统，具有深远的意义和应用价值。本系统通过各种传感器监测大棚的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度，，、±壌湿度、王壤ｐＨ值等数据同时为了支持移动监测传感器节点加入了定位功能，这样就可得到各地点农作物在各时期所处的生长环境，为农业管理人员的精准调控提供了依据，有利于提高作物的产量。本系统采用ＮＸＰ公司的ＪＮ５１４８为基础平台，实现了基于ＺｉｇＢｅｅＰＲＯ协议的开发，一些研究并主要对Ｗ下几个方面进行：首先研究了传感器节点的移动监测供电难和低功耗问题。本系统从二个方面解决此问题一，方面采用太阳能电池板、充电电路和保护电路组成充电管理模块，用Ｗ给节点裡电池充电且给系统供电一，；另方面，从传感器节点４种最常用的工作模式入手根据各节点一实际使用情况分别研究比较了节点在个工作周期内的平均工作电流，得出最节能的工作模式，并计算出天气最差情况下使得太阳能电池板无法给节点充电的情况下各节点可连续工作时间。５－２３２ＲＳ－４８５第二研究了协调器节点的多协议输出。协调器节点实现了民、、（＾＾太网－ＭＯＤＢＵＳＨ种方式上传各传感器节点采集的数据。其中，ＲＳ４８５实现了ＲＴＵ通信协议；针对传统需借助带有ＡＲＭ或ＤＳＰ的网关设备才可实现ＺｉｇＢｅｅＰＲＯ和Ｗ太网协议的转换，通过在ＪＮ５１４８中嵌入ＴＣＰ／ＩＰ协议找，实现了Ｗ太网通信。＇，硏究了传感器节点的移动组网问题。本系统为传感器节点设计了智能组网机制第Ｈ，可使传感器节点自动识别网络问题，自动删餘保存的网络参数并重新姐网，使得ＷＳＮ网络具各较高的自愈能力。ＦＲＳＳＩ结第四，研巧了传感器节点的定位。本系统中传感器节点在测距中使用ＴＯ和一合的方式测距，由于环境等因素使得测距存在定的随机性，这将不利于神经网络的收敛，本系统采用二阶己特沃斯低通滤波器对测距采集的数据进行预处理，并在数据后续处理中加入了机器学习方法，具体处理时分别选用ＢＰ神经网络、ＲＢＦ网络、ＳＶＭ网络，通过比较拟合曲线发现ＳＶＭ效果最好，得出距离后的定位采用Ｈ边测量法。最后对本文已完成的工作进行了总结，指出了不足么处并对下阶段工作提出了改进方向和改进目标。４８关键字：ＺＪＮ５１距定位缺ｅｅ；无线传感网络；；多协议输出；低功耗；测 ＩＩｂｓｔｒａｃ）摘要（ＡｔＡｂｓｔｒａｃｔＷｉ化化ｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｉｇｉｔａｌａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｂｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｔｈａｓｂｅｃｏｍｅａｋｅｙｉｓｓｕｅ比ａｔｈｏｗ＊－化ｍｏｎｔｏｄｉｅａｒｉｃｕｌＵａａｌｃｒｏｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｃｃｕｔｉｎｒｅａｔ民ｅｔｔｉｉｒｇｒａｅｌａｎｄｌｉｍｅ■ｃｅｎｅａｒｓｈｅｐｙｙ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＺｉｇＢｅｅ化ｃｈｎｏｌｏｇｙｒｏｗｓｆａｓｔｉｎ化ｅｆａｒｍｌａ打ｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｆｉｅｌｄ．Ｗｉ化化ｅｈｅｌｏｆｇｇｐ化ｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ化ｃｈ打ｏｌｂｌｔｉ１ｈｒｉ打ｌｏｅｓ；ａｉｓｈｉｎａｎａｒｉｃｕｌｕｒａｌｅｎｖｒｏｎｍｅｎ：ａｌｍｏｎｏｇｙ，ｇｇｇｓｓｔｅｍｗｈｉｃｈｏｓｓｅｓｓｅｓ化ｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｉｓｔｉｃｏｆｏｓｔｉｏｎｉｎａ打ｄｌｏｗｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｔｉｏｎｈａｓｙ，ｐｐｇｐｐ，ｆａｒ－ｈｒｅａｃｉｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏ打ｖａｌｕｅ？了ｈｅｓｓｔｅｍｃａｎｍｏｎｉｔｏｒ化ｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｕｍｉｄｉｔｇｙ，ｙ，ｌｔｔｉｔｃａｒｂｏｎｏｘｉｄｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏ打１ｓｏｌｖａｌｏｒｍａｎｄｉｈｉｎｅ打ｓｙｄｉｉｓｏｉｌｍｏｉｓ；ｕｒｅｉｕｅｆｆａｌａ打ｄｏｔｈｅｒｇ，，，ｐＨｄａｔａｔｈｒｏｕｈａｖａｒｉｅｔｏｆｓｅｎｓｏｒｓｍｅａｎｗｈｉｌｅｉ打ｏｒｄｅｒｔｏｓｕｏｒｔｍｏｂｉｌｅｍｏ打ｉｔｏｒｉｎＩａｌｓｏａｄｄｇｙ，，ｐｐｇ，ｏｓｉｔｉｏ打ｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｓｅ打ｓｏｒ打ｏｄｅｓｓｏｔｈｅｒｏｗｉｎｅｎｖｐｇｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｅａｃｈｌａｃｅｃａｎｂｅ，ｇｇｐｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｓｅｃｏｕｌｄｒｏｖｉｄｅａｒｅｃｉｓｅｒｅｕｌａｔｉｏｎｆｏｒａｒｉｃ山Ｕｉｒａｌｍａ打ａｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｕｌｄ，ｐｐｇｇｇｉｒｏｖｅｔｈｅｉｅｌｄｏｆｃｒｏｓｍｐ．ｙｐ’Ｔｈｅｓｓｔｅｍａｄｏｔｓ１；ｈｅＮＸＰｃｏｍａｎｓＪＮ５１４８ａｓｔｈｅｂａｓｉｃｌａｔｆｏｒｍｒｅａｌｉｚｅ出ｅｙｐｐｙｐ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＺｉｇＢｅｅＰｒｏｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎｄｄｏｓｏｍｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｓｐｅｃｔｓ：Ｆｉｒｓｔｌｙ，１：ｈｅｉｓｓｕｅｓｏｆｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏ打ｆｏｒ１：ｈｅｍｏｂｉｌｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｓｗｅ化ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｏｌｖｅｓ化ｅｓｅｒｏｂｌｅｍｓｆｒｏｍｔｗｏａｓｐｅｃｔｓ：ｏ打化ｅｏｎｅｐｈａｎｄ，ａｓｏｌａｒｂａｔｔｅｒｙｂｏａｒｄ，ａｃｈａｒｇｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔａｎｄａｐｒｏｔｅｃｔｉｏ打ｃｉｒｃｕｉｔｗｅｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄｉｎｔｏａｃｈａｒｉｎｅｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅｗｈｉｃｈｔ１ｔｔｍａｎａｉｓｕｓｅｄｏｃｈａｒｅ化ｅ加ｉｕｍｂａｅｒａｎｄｏｗｅｒｏ化ｅｇ呂ｇ，ｇｙｐｓｓｔｅｍｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄＩｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｆｏｕｒｍｏｓｔｒｏｂａｂｌｅｏｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｆｏｒｅａｃｈｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｙ；，ｐｐ，ａｎｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｃｏｍａｒｅｄｔｈｅａｖｅｒａｅｏｅｒａｔｉｎｃｕｒｒｅｎｔｉｎａｗｈｏｌｅｗｏｒｋｉｎｃｃｌｅｐｇｐｇｇｙａｃｃｏｒｄ－ｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｕｓａｇｅｏｆｅａｃｈｎｏｄｅ，ｓｏｔｈｅｍｏｓｔｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｏｄｅｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄａｔ，’ｌａ巧Ｉｃａｌｃｕｌａｔｅｄｅａｃｈ打ｏｄｅｓＣＯ打ｔｉｎｕｏｕｓｗｏｒｋｉｎｇｔｉｍｅｕｎｄｅｒｔｈｅｗｏｒｓｔｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎ，ｗｈｃｈｔｅｓｏｌａｒａｎｅｌｓｃａｎｎｏｔｃｈａｒｅ化ｅａｃｈｎｏｄｅｉｈ．ｐｇ＊Ｓｅｃｏｎｄ－ｌｙ，ｔｈｅｍｕｌｔｉｒｏｔｏｃｏｌｏｕｔｕｔｓｏｆ１：ｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ打ｏｄｅｗｅｉｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｗｈｉｃｈｐｐ，化化ｆ民Ｓ－２３２ＲＳ－４８５Ｅａｃｈｉｅｖｅｓ６ｗａｙｓｏａｎｄｔｈｅｒｎｅｔ化ｕｌｏａｄｃｏｌｌｅｃｔ：ｅｄｄａｔａｆｒｏｍｅａｃｈｓｅｎｓｏｒ，ｐｎｏｄｅ化－．Ａｍｏｎｇ化ｅｍｅ民Ｓ４８５ｍｏｄｅａｃｈｉｅｖｅｄ化ｅＭＯＤＢＵＳＲＴＵｒｏｔｏｃｏｌ．Ｂｅｍｂｅ加ｉｎ比ｅ，ｐｙｇＴＣＰ／ＩＰｐｒｏｔｏｃｏｌｓｔａｃｋｉ打ＪＮ５１４８，Ｅｔｈｅｒｎｅｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗａｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈａｖｏｉｄ比ｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｎｅｅｄｏｆｒｅｌｙｉｎｇｏｎｔｈｅｇａｔｅｗａｙｄｅｖｉｃｅｓｗｉｔｈＡＲＭｏｒＤＳＰｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆＺｉＢｅｅＰＲＯａｎｄＥｔｈｅｒｎｅｔｒｏｔｏｃｏｌｓ．ｇｐＴｈｉｒｄｌｔｈｅｍｏｂｉｌｅｎｅｔｗｏｒｋｏｆｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｓｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｓｓｔｅｍｄｅｓｉｎｓａｉｎｔｅｌｌｉｅｎｔｙ，ｙｇｇｎｅｔｗｏｒｋｉｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｔｈｅｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｓｗｈｃｈａｏｗｓｓｅ打ｓｏｒ打ｏｄｅｓｔｏｅｎｔｎｅｔｗｏｒｋｇｉｌｌｉｄｉｆ，ｙｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｎｄｔｈｅｎｏｄｅｓｃａｎａｉＵｏｍａｔｉｃａｌｌｙｄｅｌｅｔｅｔ；ｈｅｓａｖｅｄｎｅｔｗｏｒｋｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄ 摘要ｂｓｔｒａｃｔ）ＩＩＩ（Ａ－－ｒｅｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇｉｔｍａｋｅｓＷＳＮｎｅｔｗｏｒｋｓｈａｖｅｈｉｈｅｒｓｅｌｆｈｅａｌｉｎｃａａｂｉｌｉｔｉｅｓ．，ｇｇｐＦｏｒｔｈｌｔｈｅｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｅｎｓｏｒ订ｏｄｅｓｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉ打ｔｈｉｓｓｓｔｅｍＴＯＦａｎｄ民ＳＳＩａｒｅｙ，ｙ，ｉｄｕｅ化ｄｏｍｎｅｗｈｉａｓｓｅｍｂｌｅｄｎｒａｎｉｎｔｈｅｒｅｓｅｎｃｅｏｆｒａｎｓｓｉｎｒａｎｉｎｉｃｈａｒｅ打ｏｔｃｏｎｄｕｃｖｅ！：〇ｇｇ，ｐｇｇ，－－１ｅｃｏｎｖｅｏｔｗｏｒｏｄｅＢｕｔｅｗｏｒｔｈｌｏｗｓｓｉｌｔｗａｓｕ化ｄｔｏ：ｈｒｇｅｎｃｅｆｎｅｕｒａｌ打ｅｋａｓｅｃｏｎｄｒｒｒｐａｆｅｒ，ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓ化ｅｄａｔａ，ａｎｄ１：ｈｅ打ｍａｃｈｉｎｅｌｅａｒｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｄａｔａｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｒｏｃｅｓｓｉｎＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋＲＢＦ打ｅｔＳＶＭ打ｅｔｗｏｒｋｗｅｒｅｒｅｓｅｃｔｉｖｅｉｗｏｒｋｌａｄｄｅｄｎｓｅｃｉｆｉｃｐｇ，，，ｐｙｐｐｒｏｃｅｓｓｉ打ｇ，ｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｆｉｔｔｉ打ｇｃｕｒｖｅＩｆｏｕｎｄＳＶＭｈａｄｔｈｅｂｅｓｔｅｆｅｃｔ，ｆｉ打ａｌｌｙｔｒｉｌａｔｅｒａｔｉｏ打ｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｏｓｉｔｉｏｎｉｎ，ｐｇＦｉｎａｌｌｙ，化ｅｃｏｍｐｌｅｔｅｄｗｏｒｋｈａｓｂｅｅｎｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎ化ｉｓｔｈｅｓｉｓ，ｔ；ｈｅｉｎａｄｅｑｕａｃｉｅｓｗｅｒｅｐｏｉｎｔｅｄ０山，ａ打ｄ１；ｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅ打ｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｇｏａｌｓｗｅｒｅｐｒｏｏｓｅｄｆｏｒｄｉｅ打ｅｘｔｐｐｈａｓｅｏｆｗｏｒｋ．ＫＷＺＢＷＳＮＪＮ５－ｅｏｒｄｓ：ｉｅｅ１４８ｍｕｌｔｉｒｏｔｏｃｏｌｏｕｔｕｔｌｏｗｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｔｉｏｎｒａｎｉｎｙｇ；；；ｐｐ；ｐｐ；ｇｇｏｓｉｔｐｉｏｎｉｎｇ 目录摘要ＩＡｂｓｔｒａｃｔＩＩ１１绪论１１１．课题背景１．２无线传感网络发展巧程与研究现化２１３３．国内外农田大棚监测系统研究现状１４Ｚ５．ｉｇＢｅｅ定位国内外研究现状１．５研究目标和主要研究内容５２系统硬件设计８２１《更件兹体设计８．系统２．２协调器节点的硬件设计９２２１协．．调器节点电源模块９２２２ＪＮ５１４８小电路１０．．最２２３口１１．．串通信电路２－２４Ｗ２．太网通信电路１２１４．３传感器节点的硬件设计２１．３．传感器选型１４２．３．２充电管理模块设计１５２．３．３电源模块设计１７２３４调理电路设计１９．．３传感器节点的节能研究２１３．１传感器节点的工作模式２１３．２上壤水分节点的工作摸式２５３．３上壤ｐＨ节点的工作模式２７３４Ｇ０２工２８．节点的作模式３．５温湿度、光照度节点的工作模义２９４系统软件设计３２４１ＺＢＰＲ３２．ｉｇｅｅＯ技术分析４丄１ＺｉｇＢｅｅ协议发展历程与各协议间比较３３４丄２ＺｉｇＢｅｅ与ＩＥＥＥ８０２．１５．４３４ ４．１．３ＺｉＢｅｅＰＲＯ协议规范３５ｇ４１４ＺｉＢｅｅＰＲＯ扭扑及节点类型；３５．．ｇ４．２开发平台概述３７４．２．１ＪｅｎＯＳ系统３７４．２．２ＺｉｇＢｅｅＰｒｏＡＰＩ３８４．２．３软件开发环境；３８４．３协调器节点的化件设计３９４．３．１构建网络３９４３２数据接收４０．．４．３．３串行通信４１４．３４ｋ乂太网通信４３．４４路由５２．节点的软件设计４．５传感器节点的软件设计５３４．５．１加入网洛５３４．５．２环境和位置参数的采集和发送５４４．５．３智能组网机制５７４．６软件调试５９５传感器节点的测距６１、定位５．１ＢＰ神经网络处理６３５．２径向基亟数网络处理６６５．３支持向量机处理的６总结与展望７６致谢７７参考文献７８附录Ａ主要原理图８２附录Ｂ实物图８４攻读硕±学位期间主要的研究成果８７扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书８８ ＺＢｅｅ的农业１胡泮基于ｉｇ大棚的移动腔测系统研巧＿１绪论１．１课题背景近年来，无线传感网络技术得到了飞速的发展，无线通信、无线监测、无线控制和无线定位等词语频繁映入我们的眼帘，对于数据传。随着计算机技术和数字通信技术的发展输和无线通信的要求不断提高，ＺｉｇＢｅｅ技术应运而生。它由在目标监测区域内放置大量传一感器节点，然后通过无线通信的方式，形成个自组织的多跳网络，被用于感知、采集和处理网络所覆盖区域内被监测对象的参数信息，可Ｗ使得在任何时间和任何环境条件下获Ｕ１取大量信息，ｉ，。现在ＺｇＢｅｅ技术己经被广泛应用于各个领域和斤业如金融、公共安全、电网、环境保护、农业、林业、水务、煤矿、医疗、石化等领域，ＺｉＢｅｅ、工业自动化其中ｇ－技术在大棚环境监测领域的发展非常迅速，无线传感网络应用领域如图１１所示。？ＩＩ鴻ｆ皆．Ｉｆｉｉ＾窓ｍａｒｔＨｏｕ弦场《奠縱ａｒｔ霞ｒｉ奠ｒｇ絮省艦塞媛＼额銳啦閑？？公兰ＳｍａｒｔＨｓａｋｈ替銳大楼－？ｊ＇靈隊ｉ心＊‘＊，＊＊‘參私＊－＾Ｌ争ｔｏ＇－＂Ｉｉ；潑ｒｎａｒｔＡｎｃｕＭｉｉｒ待雜渣ｇ？警偷农ｉｋ－图１１ＷＳＮ应用领域随着科技的进步，对现代农业提出了越来越多的要求，所ｗ要提高现代信息技术在农一业生产上的应用，信息化和智能化技术自然成为不可缺少的部分，这是因为农作物的质２［］量和产量同其生长期间的环境因素有着非常密切的联系。其中，农业大棚的出现对于农作物产量的提商起到了很大影响，当前我国国内大部分的农业大棚基本上是采用人工方法一３些简单操作［］进行，人工方法记录数据常常会因为记录数据量的庞大导致数据记录错误，或因工作人员的缺乏使得数据不能及时反馈导致监管者不能对农作物进行科学的控制，因此人工方法是一Ｗ种低效且花费巨大的记录方法。现有的监测系统大多是采用人工或预先Ｗ布线的有线传输方式。人工方式不仅加大工作量并且难！＾保证数据的有效性和实时性；Ｗ，，且受地理位置采用有线数据传输的监测系统构建系统复杂成本较高、物理线路和复 ２扬州大学硕壬学位论文７［］。杂环境因素的影响具有明最的局限性并且由于缺乏有效的农业大棚环境监测手段，大棚内环境参数信息不能及时被反馈，就无法精确获取环境因子的信息，导致在农作物生长过程中不能对农作物生长方案进行及时调整，最终可能会影响农作物的产量。如何有效获、，取农作物生长环境信息，是实施精准施肥精确灌槪等重要依据是提高大棚生产率的重要条件，精准作业过程中关键问题。考虑过去信息采集多采用固定式无线传感器节点，，并且农业类项目投入不宜过大所Ｗ节点应该加入移动监测功能，，这样既能节省项目成本又方便农业管理人员进巧巡测。为了解决上述问题，将ＺｉＢｅｅ技术引入到大棚环境监测中立大棚环境参数监测系ｇ，建统，通过使用无线传感网络可，１＾＾及大的节省人力、物力，提高生产的效率还可实时获取大棚中作物环境和作物信息。Ｉ．２无线传感网络发展历程与研究现状无线传感网络（ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）就是由部署在监测区域内大量的微型传一感器节点通过无线电通信，，形成的个多跳的自组织网络系统ＷＳＮ的目的是协作感知、Ｗ采集和处理无线传感网络覆盖区域里面被监测对象的信息，并发送给用户。它的出现引起了世界范围的关注。最初关注无线传感网络技术的是美国军方，他们用于军事中的战场监测，最初的应用维形可Ｗ追溯到上个世纪７０年代的冷战时期，比如美军使用的空中预９［］－１ＤＡＲＰＡ警与控制系统、声音腔测系统。９７８年，卡耐基梅隆大学里，成立了分布式传感器网络工作组，这个王作组会根据军方需求，研究无线传感网洛军中侦查系统中的计算、通信问题此后ＡＲＰＡ又联合ＮＳＦ设立了多项有关无线传感网络的【Ｗ。１；，Ｄ研巧项目９９４年出现了无线传感器网络发展史上具有里程碑意义的事件，加州大学洛杉抓分校的Ｗｉｌｌｉａｍ’＂’Ｊ．ＫａｓＤＡＲＰＡＬｏｗＰｏｗｅｒｅｅＩｎｔｅｒａｔｅｃｒｏｓｅｎｓｏｒ，ｉｅｒ向提交了建议书ＷｉｒｌｓｓｇｄＭｉｓ开启了无线传感器网络研究的新篇章此后，英特尔、波音队及西ｎ子等公司也都加入了无线传感网络的研巧。节点间的无线通信能力和微型传感器技术的结合为无线传感网络赋予了非常广泛的应用前景，其发展和应用将会给人们的生活和生产的各个领域带来深远影响。８６８ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ和２．４ＧＨｚ是无线传感网洛中最常使用的频段，最高传输速率分别为２０ｋｂｉｔ／ｓ、４０咖１／５和２５０化１旅这其中２．４〇化拥有更大的适用范围和更强的抗干扰能力，是全世界公开使用的无线频段。随着技术的不断进步，无线传感网络如今的应用领域己经从国防领域扩展到医疗健康、交通管理、工商服务、环境监测、反恐抗灾等领域，可Ｗ在任何地１２一］［点、时间、环境下都能实时获取大量可靠信息。作为种无处不在的感知技术，在军事、医疗、家庭、环境和其他工业、商用领域；在空间探索和反恐救灾等特殊领域，无线传感 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动化测系统研究３网络都有着很广泛的应用。在军事中，指导员经常需要实时、准确获取孜方信息，可通过炮弹发射、飞机播撒等特殊手段＞１，就可＾＾将大量的终端节点散布于预定区域，并利用无线传感网络自组织、隐蔽性等特点，能够实现对敌军地形、兵力布防、战场实时监视和生物化学攻击的监测等功能間。在环境应用中，可利用无线传感网络部署简单、低成本和无需维护等特点为环境科１４［］比如美国ＡＬＥＲＴ计划中学的研巧提供参考数据，研巧人员采用了多种传感器，，用来监测河水水位、主壤水分和降雨量等参数，并通过预定义方式向中也控制室的计算机数据１５［］，库提供信息，依次预测山洪暴发的可能性。在医疗应用中利用无线传感网络的自组织、，使它在监测人体健康状况对周边区域感知能力和微型化等特点、生理数据和医院物品管１６［］Ｍ理等方面发挥出色作用，在ＳＳＭＳｍａｒｔＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＩｎｔｅｒｒａｔｅｄｉｃｒｏｓｓｔｅｍｓ项目中，病（ｇｙ）一１７［］１００人的眼睛中被植入个微型传感器，从而帮助盲人获得了定程度视觉。在家庭应用一Ｉｔｔ中，ｎｅｒｎｅ与嵌入家电和家具中的传感器和执行单元组成的无线网络连接在了起，送样能够为人们提供更加方便ｔＷ比如用户可对家用电器方、舒适和人性化的智能家居环境，便地进行远程监控、选择电视节目、按照自己意愿进行烧菜和煮饭、查收电话留言和下载网络资料等。在工业应用方面，利用无线传感网络自組织、对外部世界的感知能力和微型化的特点，决定了无线传感网络在工业领域被广泛使用包括建筑状态监测、车辆跟踪和机械的故障诊断等。在核电厂、煤矿和石油矿井等危险的工作环境中，利用无线传感网络可进行特检工作，比如现场有哪些人员、他们在做什么Ｗ及利用人员定位来保障他们的安全等。在大楼、桥梁化及其他建筑物的健康监测中，将具有压力、温度、加速度、湿度、光照等传感器终端节点布置在终端保护对象的重点防护位置，无需拉线钻孔，便可Ｗ有效１９［］地对建筑物进行长期的监测。在与其他网络的諫合方面，无线传感网络和现有网络的融合将带来新的应用。例如互联网和无线传感网络的敲合，不仅可Ｗ使无线传感网络得借助这种传统网络传递信息，而且互联网还可１＾＞１利用传感信息实现应用的创新。现在将无线传感网络作为传感与信息的一—采集的基础设施融合进网格体系，，构建种全新的网格体系无线传感网格传感器网格专注于探测和收集环境信息；数据处理和存储等复杂的服务则交给网格来完成，这将能够为大型的军事应用一、工业生产、科研和商业交易等应用领域提供个集数据感知、密集处理和海量储存与一ＰＷ体的强大的操作平台。１．３国内外农田大棚监测系统硏究现状随着农业规模的逐渐扩大、自动化程度不断提高，国内外兴起了对农业信息监测系统的研究，将低成本、高效率、智能化设备应用于大棚信息采集与传输，用信息技术来提升 ４扬州大学硕：ｉｒ学位论文改造传统农业，推动粗放型农业向知识型、技术型的现代精细农业的转变是目前农业研究一重点之。国外对信息化农业相关技术的发展很重视，欧美国家对于农业大棚的研巧起步较早、发展较快，近年来在农、林、牧业等方面都进行了深入系统研究。国外对农业大棚监控技术的研究始于１９４９年美国植物生理与园艺学家Ｗｅｎｔ在加州的化ｓａｄｅｎａ技术中也建立的化一＂＂界第座人工气候室，这个人工气候室具有采集现场温度值并进行显示、记录和控剌等Ｐｉ］２１７１００功能，实现了监测和控制温度。美国加州在面积．化ｍ的葡萄园里部署了多个传，用于测量±壤的湿湿度等信息感器终端节点，通过无线传感器网络既实现了节水灌概又口２］可（＾大幅度提高葡萄的质量＾＾及产量。日本在农业应用方面发展也很快，比如日本四国电为集团开发的比较典型的ＯｐｅｎＰＬＡＮＥＴ系统，该系统主要由信息采集设备、无线监控２３］［网、数据记录分析器、分布式控制单元、服务器等部分组成，可实现大棚批量管理。日本北海道国家旱作农业研究所利用无线局域网建立了覆盖大型试验区域的信息系统，该系统可采集大棚不同的信息直接将其上传给研巧巧，同时用户可下载各种需要的数据和信口４息］２００７，也可通过系统接入互联网，。，提高信息的利用率克服了有线局域网的局限性心］年技站３３１；３等在精细农业中加入了无线传感器网络技术，用于研究王壤的电导率对节点２６２０［］拓扑结构的影响。１３年］＾３１〇〇６把２７个温度传感器和１３５个王壌湿度传感器放入苹果园中，，这，用于分析止壤温度湿度的变化情况并通过无线传感网络传给管理平台样为苹果产量和质量的提高提供了帮助。。我国农业基础设施比较薄弱，但是近年来国家已经开始重视农业的现代化建设目前在农业大棚环境监控上，国内对于应用无线传感器网络技术还处于实验研究阶段。近年来一些大学我国的、科研院所也开展了环境因子监测技术、现代传感技术和设施远程控制技术等学科领域的研究一，并取得了系列研究成果。近期，Ｗ中国科技大学、中国农业科学一、些科研院所为代表院、国家农业信息化工程技术研巧中屯等，在专用传感器、计算机综口＾合控制系统软硬件、农业大棚作物模拟系统研巧开发方面做了大量的工作。２００５年起，乔晓军等设计了无线传感器网络的硬件平台，无线传感器网络开始应用于我国农业领域。２００７年，孙程光等通过应用ＰＴＲ８０００无线收发模块，祀合ＶＢ和Ｆｌａｓｈ２９１［技术组成上位机系统，实现了温室里的无线智能环境监视和控制。２００８年刘井、汪愁华等基于ＺｉＢｅｅ无线通信协议姐建Ｍｅｓｈ网络，ｇ，网络中所有大棚节点数据路由到网关由网口０］、关将全部数据通过ＧＰＲＳ无线通信方式转发到远程数据中屯。一，此系统选用的ＺＢＣＣ２，，南京农业大学设计了个自动地灌系统ｉｇｅｅ拉片为４３０用来检测止壌湿度、空气湿度Ｗ及大棚内光照的实时数据，为了监测光照、湿度和±壤含水３一１】［ＷＳＮ监量，传感器节点安装了光照度、湿度和王壌水分传感器。南开大学设计了个 胡泮基于ａ班ｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧５２控系统，该系统中的管理客户端具有对农业大棚空气及±壤温度湿度的控制、空气Ｃ０浓３２［１度的检测和图像监控等功能。２０１３年姜爲等在果园环境监测系统中加入了太阳能供电模块，并且设计了传感器节点的软硬件，进行了能量供给和信息采集及的实验１Ｂ．４Ｚｉｇｅｅ定位国内外研究现状一一作为，，入侵检测，种新兴信息获取和处理技术无线传感器网络在目标跟踪１＾及口４］ＰＳ些位置相关领域具有广阔的应用前景。由于Ｇ系统的经济、部署环境等方面，位置估汁在无线传感器网络已经得到广泛关注。口ｙ使用无线传感器网络来估计的位置最初在２００２年由Ａｓｌａｍ、ＢａｒＳｈａｌｏｍ和其他学者密集研究的。有二种主流方法进行测距的研巧：ＴＯＦ和ＲＳＳＩ。最早的ＴＯＡ距离估计算法一６一一口］是使用个双向对称测距协议来在时间不同步的网络测量。然后Ｈａｒｔｅｒ研究出了种一３７ＢＡＴ定位系统［］。，它包括系列节点固定在网格中，并提供单向测距方法的结果一Ｌｅｗａｎｄｏｗｓｋｉ提出了种加权Ｔ０Ａ算法，这个算法可Ｗ提高系统的容错化并增加测距系ＰＳ一１二统的抗干扰性能。目前，有种主要方案用于基于ＲＳＳＩ的测距：个是它需要预先测，也就是在开始实验之前，ＲＳＳＩ量的方法需要的测试区域中测量大量的值，然后保存该ＲＳＳＩ值，对于测量到不同的点到数据库建立的场强的图案或曲线拟合，这是为了在实际测３９一［１试中查询和调用。另种方法无需预测试，其直接布置并定位在该位置区域的节点，如双曲线模型和迭代分布算法。我国也有很多对于ＺｉｇＢｅｅ定位的研究，王建刚等将未知节点与邻居错节点间不同的４１ＴＯＦ［］二测距误差作为依据，在位置估计阶段进行加极处理；郑钓等用最大似然法和最小乘法分析了ＴＯＦ定位时时钟偏移对精度的影响，提出了ＧＴＬＳ算法用于解决铺节点定位问４２１［王金蠢等将智能优化算法引入无线传感网络节点定位中，虽，题；然这可提高定位精度ＷｊＬＯＳ鉴ＮＬＯＳ但是迭代会导致较大计算量；王刚等首先对测距数据进行Ｎ别，排除存在误差的铺节点，利用ＬＯＳ测距数据及相应的错节点进行位置估计，这很大程度上提高了ＮＬＯＳ环境下的节点定位精度，但这类算法要求至少存在３个邻居错节点的测距数据不存４４［］在ＮＬＯＳ误差王小平等利用构件理论解决稀疏网络和错节点稀疏带来的问题，通过节；ｓ点么间的协作来整合信息，提高了定位覆盖率并且相对于Ｓｗｅｅｐ算法在计算量上也有明４５显改善［＾１．５研究目柄和主要研为内容一一本论文的研究目标是在农业大棚种植环境下建立个集務动监测，低功耗于体基于ＺｉｇＢｅｅ的环境参数监测系统，本系统可Ｗ通过各种传感器监测大棚的温度、湿度、光照度、 －６扬州大学硕Ｊｒ学位论文二氧化碳浓度、王壤湿度、±壤ｐＨ值等数据，同时依据实际场景和用户需求还添加测量地点的位置信息，Ｗ此可得到所测地点农作物生长各时巧所处在的生长环境，为农业管理－人员的精准调控提供了依据，１２巧利于提窩作物产量：。系统结构示意图如图所巧ＨＳ测ＰＣ＼１’一。＇－－一入、‘Ｖ？Ｗ，，－ｗ、、少女？＼—泌一．知换—！支；文三；ｉ品ｍ遺：……紙－图１２系统结构示意图＝本系统无线传感网络部分由部分组成，分别为：传感器节点，路由节点，协调器节点，并将采集到的环境参数和位置。其中传感器节点完成对大棚的环境数据进行实时采集信息通过无线传感网络发送到路由节点；路由节点转发传感器节点发来的环境和位置信息数据，并发送到协调器；协调器节点接收路由节点和传感器节点发来的信息数据并发送绘上位机，上位机可实现对历史数据的储存，Ｗ方便查阅分析。论文主要研究内容如下：一Ｗ第章主要介绍了课题的背景，并介绍了ＳＮ技术在农业大棚和定位上的研究现状；第二章主要介绍了系统的硬件设计，主要讲述协调器节点和传感器节点的硬件设计，其中协调器节点的硬件设计主要从电源模块ＪＮ５１４８、最小电路、串行通信和Ｗ太网通信电。路讲述；传感器节点的硬件设计主要从充电营理模块、电源模块、调理电路讲述第Ｈ章主要针对传感器节点如何实现低功耗问题，从节点４种最常用的工作模式入手，一根据各节点实际使用情况分别研究比较了节点在个工作周期内的平均工作电流，得出最节能的工作模式。第四章主要介绍了系统的软件设计，首先对ＺｉｇＢｅｅＰＲＯ技术进行分析，然后分别讲述协调器节点和传感器节点的软件设计。其中协调器节点主要从网络的构建和多协议输出方面讲述，传感器节点主要从网络的加入、数据的采集和发送、智能组网机制Ｈ方面进行讲述。 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究７第五章介绍了传感器节点的测距、定位。本系统中传感器节点在测距中使用ＴＯＦ和ＲＳ一ＳＩ结合的方式测距，由于环境等因素使得测距存在定的随机性，送将不利于神经网络的收敛，本系统采用二阶巴持沃斯低通滤波器对测距采集的数据进行预处理，并在数据后续处理中加入了机器学习方法，具体处理时分别选用ＢＰ神经网络、ＲＢＦ网络、ＳＶＭ网络，通过比较拟音曲线发现ＳＶＭ效果最好，得出距离后的定位采用Ｈ边测量法。第六章对本文己完成的工作进行了总结，指出了不足之处并提出了改进方向和改进目标。 ８扬州大学硕±学位论文２系统硬件设计２．１系统硬件总体设计本文设计的基于ＺｉｇＢｅｅ的移动监测系统，将面向较大范围的大棚区域监测，最终实现一对大棚中数据的采集、传输和显示。该系统采用３层结构来实现：第层由传感器节点姐成，传感器节点是Ｍｅｓｈ网络的基本单位，负责采集环境参数和位置信息，并能对采集的，数据进行处理和传递；第二层由协调器节点组成，负责接收数据并能够打包数据并上传；第Ｈ层用户ＰＣ在中屯、控制室能实时获得数据并显示，Ｗ便管理人员分析数据并制定合理种植方案。综合分析各节点应具有Ｗ下功能：一１．传感器节点能完成大棚中多种环境Ｗ及位置数据的采集，具备定的数据处理能力，并能对数据进行融合处理；一２．为保证定传感器节点工作寿命，功耗应该尽可能低Ｗ减少能量的开销，同时能从外界获取能量；３．路由节点能够帮助实现长距离数据通信，并能辅助定位，増大监测大棚区域；４。．协调器节点具备扩展接口Ｗ满足用户不同的采集需求，１，７个传感器节点７本系统主要包括１个协调器节点个路由节点。个传感器节点中，＾〇一４个用于测量王壤含水量，１个用于测量±壌９，１２，１值个用于测量Ｃ值个为测量温湿度和光照度。此系统可实时获取检测地点作物生长信息，王壤水分及环境气象等参数，ＰＬＣ进行４８５通信上传监２－１协调器节点通过与测数据，系统结构图如图所示。上位机串行通信＾太网通信＇［＇来＾■协调器）Ｊ、ＺｉＢｅｅｇ无线传祐由节点）ＺｆｇＢｅｅ／／ｆｍｍ＾＼＼、个±巧水杀１个阳１个孤＼＾＾＾传感器节点＾１传感器巧成＾／＾＾＾＾传感器节尽＼传感器节点＾—ｔ，水分传感ｐＨ传感菊Ｃ〇２传感却＾＾＾１２－图１系统结构示意图目前市场主流公司提供的ＺｉｇＢｅｅ产品有Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司的ＭＣＩ３２１４、ＴＩ公司的ＣＣ２５３０芯片和ＮＸＰ公司的ＪＮ５１４８等。其中，ＭＣ１３２１４提供了简单的低成本应用，但是其微控制 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究９一个巧片，ＣＣ２５３０采１器单元和射频模块并未集成到不利于控制节点体积；用了増强型８０５ＣＨＪ，但是价格还是略髙；ＪＮ５１４８无线微控制器提供大存储，高性能ＣＰＵ、超低功耗和优异无线ＲＦ包括在内的全面的解决方案。基于Ｗ上中对节点硬件的需求分析和主流芯片化较，决定各节点选用ＪＮ５１４８，它是基于圧ＥＥ８０２．１５．４的无线微拴制器，提供了使用４６一［旧ＥＥ８０２－］．１５．４标准的２．４２．５ＧＨＺ频段的无线应用解决方案，包括Ｚｉ班ｅｅＰＲＯ，它是，、圧ＥＥ８０２１５４ＺｉＢ款超低功耗总片使用户能够Ｗ最低的成本最短时间实现基于．．或者ｇｅｅＰｒｏ的无线网洛系统。该模块采用Ｊｅｎｎｉｅ公司的ＪＮ５１４８无线微控制器提供大内存，提供了集成的睡眠振荡器和功率节省设备，给予系统超低功耗，同时提供了对于大量的模拟和数字外设的互操作支持，方便连接到外部应用程序１８ｍＡ接收数据和１５ｍＡ发送数据可Ｗ；实现低耗电量，延长电池工作时间。－－－Ｍ０４－Ｍ０３其中协调器节点和路由节点选用ＪＮ５１４８００１，传感器节点ＪＮ５１４８００１。系统硬件主要分为协调器节点的硬件设计和传感器节点的硬件设计二个部分，路由节点硬件与协调器节点硬件的区别就是少了通信横块，所Ｗ路由节点的硬件设计就不赞述。２．２协调器节点的硬件设计本系统的协调器节点主要用来发起网络，接收路由节点和传感器节点发来的信息数据并通过ＲＳ２３２、ＲＳ４８５串行通信和Ｗ太网兰种方式发送给上位机。协调器节点的硬件电路主要由电源模块、ＪＮ５１４８最小电路、串口通信电路和Ｗ太网通信电路组成，协调器电路结构示意图如图２－２所示。ＬＥＤ天线ＩＩ＜—Ｓ２３２？ＮＲ，Ｖ令Ａ別＂７３．３ＪＮ５１４８Ｒ８５ＰＣ化—々＞Ｓ４１＜賊诗￣ＩＨ＜Ｐ｝图２－２协调器结构示意图２．２．１协调器节点电源模块７一本系统协调器节点电源模块使用的巧片是ＡＭＳ１１１３．３ｎＡＭＳ１１１７是个低漏失电压＿一－，４７５１２Ｖ调整器，它的稳皮调整管是由个ＰＮＰ驱动的ＮＰＮ管组成的．的输入，固定输３３Ｖ１ＡＸ出电压．电流。本协调器节点硬件电路使用的主要巧片有ＪＮ５１４８、ＣＰ２２００、ＭＡ３２３２ＭＡＸ３４８５４８和，３．３ＶＪＮ５１这些忍片的工作电压均为，其中高功率模块发送时工作电流为＂０ｍＡ、ＣＰ２２００在传输时的工作电流为７５ｍＡ、ＭＡＸ３２３２的工作电流为０．３ｍＡ、ＭＡＸ３４８５０－的工作电流为２ｔＡ，所ＷＡＭＳ１１１７３．３可＾＾带动这些负载，电源模块电路原理图如图２３＾＿ －１〇扬州大学硕上学位论文＿所示，夕化源输入Ｊ１５Ｖ２Ａ的化源适ｈ部为ＤＣ配器。ｍ＿＾ＣＭ３泣田￣Ｌ化，＾Ｃ＝＝＞￣＾ＶｎｆＩｙ＼ｓ／２ｌＡＳｍ７３．３．Ｉ图２－３协调器化源模块２．２．２ＪＮ５１４８最小电路ＪＮ５１４８有外接线的最小要求，包括系统供电电源电路、编程模式和复位电路等。其中，ＳＰ一ＩＳＳＭ和ＳＰＩＳＳＺ这二个引脚需要连在起，这样才能选中内置的ＦｌａｓｈＩＳＷＰ；ＳＰ引脚。＂。＂Ｆｌａｓｈ写用作保护，需要进行上拉，这样可Ｗ便于编程。当设备出现死机、程序走飞和＂＂，可Ｗ利用复位电路阻止这些现象的维续发生５１４８电压过低等现象。系统复位把ＪＮ一初始化到个预定义的状态，迫使ＣＰＵ开始从复位处执行程序。该复位过程经过如下：接通电源后，在大约需要１００畔内，３２ｋＨｚ民Ｃ振荡器启动并达到稳定，接着３２ＭＨｚ晶振启用并且３．３Ｖ被施加到处理器和外围逻辑电路。逻辑块保存在复位状态，直到３２ＭＨｚ的晶振稳定，通常这需要化７５ｍｓ。ＣＰＵ，ＣＰＵ开接着从删除内部复位始在复位处运行代码，包括初始化代码和加载程序本协调器节点的复位电路采用ＭＡＸ８０９芯片，考虑到传感一器节点采用电池供电，２．６Ｖ口槛电源的８０９莊片它是单所本系统选用，功能复位芯片，用于监控微控制器电源电压，当发生上电，、掉电或节电等情况下则提供复位信号当供电电压低于预设的鬥槛电压时，８０９巧片发出复位信号，直到电源电压恢复到高于口槛电压。ＪＮ５１４８２－４所示最小电路如图，其中Ｐ１是串日Ｉ用来ｂｉｎ格式文件Ｊ３烧写编译好的；和Ｊ４的功能分别是复位和使能编程。．￣…￣￣－泌￣￣…－—……―…＂…’——＾ｇ，祖Ｊ困：４，肅；！ＡＤＣ：去主４化。－ＡＩＸＪ２，＿ＩＵＡＯ２Ｊ含货＿２：殺，ＬＺｒＬｉ＿—ＣＴｍ￡２—２Ｊ？巧Ｉ＼訟封：賠胤ＥｉＬｃｐ—ａｄＰｍ卵ＪＮ５Ｉ４８＋品个；＿￣－．－ＨＣＯＭＰ－ＮＣ．＇４ＩＩ含兰。、，、＾＞Ｃ￣￣ＳＩ，Ｋ０／ＲｒｉＷ＾ＩＩＤＩＯ２ＲＸＤＩ５ＷＩ＾—＾Ｓ＾ＦＭＭＩＯ的。１９腳Ｉ６Ｓ—、—…」—？ｈＳＰＩＭＯＳＩＤ８／ＳＹＩ０１ＲＴ］紙消…．ＣＴ—ｈＳＰＩＳＳＺＤｌ（）１７ｙＳｉ７品＾＾口ｎＷＲ１１！３７封货細麗Ｈｕｉ５常１ＡＩ＞ＭＡＸ８０９〇Ｓ—ｄ１〇２；Ｌｍｓｅｌ３ｉ。品品可志ｖｒｒｖＹ＾，ｇｇ｜｜｜｜￣￣ＩＳＰＩＳＳＭＳｇ２ＳＲＥ沈ＴＮＰＯＵＴ〇旨｜ｉｉ器■＾＾＾巧志二＾＾＝＾＾１－—ｖｃ＾品證；６１ｃｒ可，，｜｜龍觀誕自說淵挪肖＾—■￣￣函ＩＩＩＩＧＮＤＩｉＩＬＬｒ２｜Ｌｕｎｆ｜－ｌＵｖ？————ｒｒｉ１ｉＮｆｉＩＮｒｉ？，＊ｒｅｓｅｔＴＩ巧？—Ｕ—■＇ｌ｜｜２－４图ＪＮ５１４８最小电路 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究ｎ２．２．３串口通信电路数据通信可分为串行通信和并行通信二种模式一，其中并行通信次可传输８位数据，但在数据位电压发送的过程中，容易因线路因素而使标准电位发生变化，使被传输的数据一一１，发生错误，；串行通信次只能传＾位但因处理的数据电压只有个标准电位因此数据不容易漏失。现在串行通信在各行各业都发挥着重要作用，本协调器的串曰通信电路可实现’＂＂＂＂－－－－二种姐合方式上传数据ＲＳ２。和ＲＳ４８５或ＲＳ４８５和ＲＳ４８５，利用ＪＮ５１４８的两对外ＭＡＸ３２一部引脚ＴＸＤ和ＲＸＤ、ＴＸＤ１和ＲＸＤ１分别连接３２和ＭＡＸ３４８５的路接收发驱动器并通过ＤＢ９计算机接口来实现ＪＮ５１４８和ＰＣ么间的通信。由于项目实际应用中与ＰＬＣ通信，所Ｗ这里先介绍艮Ｓ４８５通讯接口电路。ＤＢＲＳ－艮Ｓ－４协调器节点数据接口连接器１实现了４８５通信。８５通讯接口电路所选择的巧片是ＭＡＸ３４８５，通信电路主要通过与ＪＮ５１４８内部ＵＡＲＴ１连接，然后经过ＭＡＸ４８５电一平转换巧片，实现与ＰＬＣ４８５串口的连接。ＭＡＸ３４８５是由Ｍａｘｉｍ公司推出的款低功耗一ＲＳ－４８５接口苍片，采用半双工通巧方式，工作电压为３３Ｖ。．其内部结构主要包含个接一收器和个驱动器。民０为接收器的输出端，ＤＩ为驱动器的输入端５１４８，分别与ＪＮ的ＲＸＤ信号和ＴＸＤ信号相连，ＲＥ和ＤＥ分别为接收器和驱动器的使能端，其中ＲＥ为低电平有效，而ＤＥ为高电平有效。在实际测试中，数据通信，该芯片作为数据接收与发送的中介稳定并正确。ＭＡＸ３４８５－５所示－４８５电路如图２，ＲＳ采用半双工通信方式，ＲＥ和ＤＥ两个信号是互一１６补的，用个ＤＩ０信号控制８５传输距，Ｗ保证忘片只工作在接收状态或发送状态。当４一Ｓ－４８５的抗干扰能力就会出４８离超过定的长度时，，５，Ｒ现下降在这种情况下就要在两２０Ｑ－端接１的电阻，保证ＲＳ４８５稳定性。ｎ＂６％Ｕ７ＭＲ１２２ＵＰ？１８ＶＣ０３Ｕ１２０ＴＩ？＿—［Ｉｎ因０１６－－孤ＲＪ－－〇ＴＮ下量１腿＾置端王寻气ｍｘｍ５＞—＇＇－■＊—Ｉ—２－５图ＭＡＸ３４８５电路一协调器节点另个接口ＤＢ２可根据用户需求选择采用ＲＳ－４８５或Ｓ－２３２通信者Ｒ，电－２６Ｓ－４８５ＭＡＸ，路如图所示，当需要Ｒ焊３４８５苍片及民１３，原理就不赞述信时；当需ＲＳ－２３２ＭＡＸ３２３２芯片Ａ５ＧＵ２的Ｖ至５５Ｖ要通信时，焊及其外围电路。Ｍ双电荷粟在３．０． ２扬州大学硕±学位论文Ｊ电源供电时能够实现真正艮Ｓ－２３２性能３２３２，外部仅需４个电容。ＭＡＸ具有２路接收器和一２路驱动器，内部电源由两路稳压型电荷泉组成，每个电荷累都需要个飞电容和储能电一一容－３２３２，用于产生Ｖ＋和Ｖ电压。本设计中仅使用了其中路，而另路采取悬空方式。ＭＡＸ电路中，Ｃｌ６、Ｃｌ７、Ｃｌ８和打９４个电容为０．１忡，其中Ｃｌ７、Ｃｌ８为飞电容，Ｃｌ６、Ｃｌ９为储能电容。Ｃ１６Ｈ－ｒｉＩ＋ｖ舉才１－－－〇ａｃｒＩ皆ｐ＼＾…Ｖｆ——…‘〇ＣＭ）Ｍ而＾＾｛ｊ＾＇－ＴＣｌｉｏｕｒｉＡ’Ｉ￣￣＋ＲＨＮ－Ｏ巧ｉ严。…＾品４－Ｇ！孤立：！；：〇｜ｙ：｜肉．１ｎＦ广０—Ｌ￣＇￣＾Ｊ２０ＪＴＴ２ＩＮ就ｒ；＾…ｌ—＾Ｒ—２１ＮＲ２０ＪＴ瓦＂Ｕ８？树３］ｍｉ＼－Ｔ〇ｒ＾ｍ８ＶＣＸ３３Ｕ１２０ｗ醒＇………．－違ｍｒ弓Ｊ＂ｓｏ—＾－置ＳＳｈ＾｜Ｍ＾ＳＳ５图２－６双协议串口通信电路２．２．４太网通信电路在为远程控制或者监控设备提供！＾太网接入时，使用的Ｗ太网控制器多为ＲＴＬ８０１９、ＤＭ９００８、ＣＳ８９００Ａ等，送些芯片都是专为个人计算机系统设计的，不仅接口电路复杂，４８［］ＣＰ２２０体积较大，而且比较昂贵。在大多数嵌入式系统中，０被用来收发Ｗ太网数据包，Ｓｉ外接ＬＥＤ就可Ｗ指示网络连接、活动状态。ｉｌｉｃｏｎＬａｂｏｒａｔｏｒｅｓ公司生产的太网控制器ＣＰ２２００目前是业界里体积比较小的单技片Ｗ太网控制器，它集成了旧ＥＥ８０２．３的ＭＡＣ和０ＢＡＳ－Ｔ的ＰＨＹ１Ｅ，软件支持非常丰富，它可Ｗ提供目前应用最广泛的局域网接入技术：一只需外接几个电阻、电容Ｗ及个ＲＪ４５接口就可通过ＬＡＮ发送和接收Ｗ太网数据包。用ＣＰ２２００做Ｗ太网控制器件，电路简单，效能高，能使系统更好地连入太网中。２２００２－７－ＣＰ外围硬件电路如图所示，主要包括复位电路、晶振电路、民Ｊ４５网口连接电路Ｉ／Ｏ并行接口电路和网络状态指示电路等。 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究ｎ￣￣…………画４干占１ＩＩ２斟－ＳｌＬ－３邮Ｔ１Ｊ２。ｉ＾含ｐｉ浩＂■ＴｘＴＡＩ．２Ｊ至；；；丢｜｜ｐｊｊ－吗譽Ｉ管ｆＩ￣＝：？－＾ｔｔ品Ａ５ｉ＾＂Ｆｒ—ＡｖｒＡ３／ＡＬＥ／ＡＳ２（）＾■—－￣Ｄ＇ｌＣＰ２２００ｌ…＇．段；．Ｖｃｄ｜＼麵絲－■＝：？：ｒ＾款Ａｉ｜服玉化」原Ｎｃ－＾。，＂＂ｌ乂—。一…々片一，ＶＭＣ一ｏＮＣ１口八一＾ｌ＋目ｉｉｉｉｉＳｔ气ｙ晋ＩＩ．宁。—０叫Ｃ３２＿ＣＴ｜化００邮７Ｉ２．＾．三立乙：。二２２；奇；３３５去ＧＮＤｊ子－＂＾‘Ｄ＿ＸＴＩ山ｊ￣＝＝＼卿禪Ｃ６巡３：Ｍ技－Ｘ＞７５心簾。４４＾殿＾ｒｒｒｒｒ－－喘若ｑ＾ｅｄａ＾化Ｒ食＾监＇－？？ｌ１ｄａＩ，＾］Ｉ＾ＯＵＴＹＤＫＬＥ￣Ｉ￣￣——王丑脚縱化ｔＨＲ９Ｕ１０３ＡＬ＇０佩ｌ｜ＰＭＡＸ８０９图２－７ｗ太网通信电路ＣＰ２２００一，ＲＳＴ５１４８ＳＥＴＮ复位引脚相连的复位电路中复位引脚和ＪＮ的ＲＥ，采用个ＭＡＸ８０９若片，可同时复位二个芯片。ＣＰ２２００的工作频率为２０ＭＨｚ，晶振连接在ＸＴＡＬ１和ＸＴＡＬ２之间－４。ＲＪ５网口选用的是ＨＲ９１１１０５Ａ，其满足圧ＥＥ８０２．３和旧ＥＥ８０２．３化标准要求，最大ＥＭＩ的抑制性能高Ｉ并且带有ＬＩＮＫ和ＡＣＴ指示巧，ＬＩＮＫ、ＡＣＴ引脚为２‘＂个可提供１０ｍＡ电流的ＬＥＤ驱动器，用来指示网络谱接Ｖ靖动状态，ＣＰ２２００的ＬＩＮＫ、ＡＣＴ引脚分别连接到ＨＲ９１１１的Ａ网口的ＧＬＥＤＡ、ＹＬＥＤＡ引脚１腿ＡＳＥ－Ｔ连。当检测到一接时，ＬＩＮＫ输出高电平驱动化ＥＤＡ绿色ＬＥＤ，否则输出低电平，；每个数据包收发时输出持续５０ｍｓ高电平驱动ＹＬＥＤＡ黄色Ｌ孤，然后输出低电平。由于ＪＮ５１４８只有２０个Ｉ／Ｏ口，并且某些Ｉ／Ｏ口被设计用来控制ＤＣ／ＤＣ莊片、Ｍ０Ｓ管和传感器等通断，由于ＣＰ２２００采用非复用的方式下会占用较多ＪＮ５１４８的Ｉ／Ｏ曰，所Ｗ本Ｉ／Ｏ口并行接曰电路是按照复用总线方式连接线路的，Ｍ０ＴＥＮ引脚接地，ＭＵＸＥＮ接３￣￣￣．３Ｖ，Ａ７Ｄ０ＡＤ７ＪＮ５１ＩＯ８ＤＩ０１５此时地址总线端口Ａ０被悬空，Ａ采取直接与４８的Ｄ连接的方式；中断服务请求面于引脚与ＪＮ５１４８的ＤＩＯＯ连接，当ＪＮ５１４８收到中断信号时，ＺｉｇＢｅｅ就转去执行接收中断服务捏序；通常片选森用Ｉ／Ｏ口控制，但是由于协调器节点只用到一一片ＣＰ２２００并且会经常使用，所Ｗ玩直接接地，表示直选通；读选通历和写选通雨己与ＪＮ５１４８的ＤＩ０１７和ＤＩ０１连接。 Ｈ扬州大学硕±学位论文２３．传感器节点的硬件设计、传感器节点是整个监测系统的核屯，它是系统的执行机构，是传感器网络的基础，是数据采集、无线通信协议实现的硬件平台。它负贵采集大側作物生长环境和节点位置信息，并经调理电路预处理后将采集数据发送至协调器。传感器节点主要包括充电管理模块、电源模块、数据采集模块、调理电路模块、无线发送模块和各传感器组成，节点结构示意图如图２－８所示。充电管理镇块ｉｍＩ画３０国ｉ—ｆＷ３町Ｌ－ＶＩ］ＬＴＣ３５３４ｉＩ＇｜１：＿＿＿ｉＩＡＰ３０１２ｌＡＳｌｌｉｙ３．３｜－－－－－？＞＾供电模块ｒＩｙＭＶ５Ｖ３３Ｖ＂．，，１…—一…………－一…………广：：：ｒｒ：：：ｉ—————Ｙ一Ｊｉ微处ａ器！１￣ＴＬＣ２２７４；模块理电路＂ｉ调ｉ位置信息ａＤ模块Ｉ／！ＩｉＩＩ巧处理模块谢据采集模块ＩＪＮ５１４＾８！；ｉ［ｉ」图２－８传感器节点结构示意图２．３．１传感器选型传感器节点负责测量王壤含水量、王壤Ｈ值、Ｃ〇２值、温湿ｐ度和光照度。对于传感器的选型，应注意Ｗ下几点：１．选择体积小、易于安装和维护的传感器；２．大棚环境较恶劣，采用高集成度并且体积较小的传感器，便减小整个传感器节点的体积，方便安装到大棚各个角落；３．测量精度高，性能可靠，确保正常工作，响应速度快，数据传输效率高：４．密封性好Ｉ且不受腐蚀；５．价格低廉，适合中国国情。基于Ｗ上要求－，传感器节点的各传感器选型如下ＨＳ１０２ＳＴＲ：王壤水分传感器、－－ＳＭ２Ｉ２０ＢＲＳ４８５ＰＨＣ〇二Ｓ－－值传感器、ＨＫ２氧化碳传感器、Ｈ１０温湿度传感器和ＨＳＧＺＤ ＺＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧１５胡泮基于ｉｇ光照度传感器，各传感器的技术参数，及使用时接线方式将在第四章介绍。２．３．２充电管理模块设计充电管理模块是嵌入式系统的重要组成部分，恃則是对于无线传感器网络各个节点布置在野外的时候来说，，铺设供电线路难度较大，如果采用电池供电需要定期更换电池也一在定程度上增加了系统维护成本，目标应该使节点休眠时功。对于充电管理模块的设计耗应该尽可能低Ｗ减少能量开销，同时能从外界获取能量。本充电管理模块主要有充电电路和保护电路二部分组成，对于太阳能电池板供电的充电电路，关键在于充电电压和充电电流的监测，避免因为过冲导致裡电池损坏，此外还需４９［１要设计裡电池放电保护电路，，，对放电电压进行实时监测防止过放电导致裡电池损坏其中充电电路采用ＣＮ３０６３芯片，保护电路采用ＣＮ３０１芯片，充电管理模块示意图如图２－９所示。砸型保難路陋＾圓＂ＪＩｆ—图２－９充电管理模块示意图ＣＮ３０６３是可作为太阳能供电的充电管理芯片，外部不需要阻流二极管、电流检测电阻，内部的８位ＡＤ转换电路，充电电流可自动调整，所Ｌ义就可最大限度利用输入电源的电流输出能力，常被应用于太阳能给裡电池充电－１充电电路如图２０所示，其中Ｊ１２作为外部电源输入接太阳能电池板，ＢＡＴＩＮ管脚接裡电池正极，ＣＮ３０６３芯片开始对，当输入电压大于低电压检测阔值或电池端电压的时候，ＤＳ５红色ＬＥＤ点亮表示充电正在进行裡电池充电，窃显＾管脚输出低电平；当充电完成，５５＾管脚输出低电平，ＤＳ４绿色ＬＥＤ点亮表示充电已经完成。ＪＩ２Ｄ２—￣￣＇ｂＷＸ１Ｎ５８１０＝Ｃ２１ＭＲ４５［ＺＡＩＩ４可２２０ｕＦＵ：００ＵＨ，Ｊ．Ｃ…Ｗ太阳能电池板去。Ｓ５，「，亩壬ｊ－－叫绿令令红ｂａｔ－５ａａｉｉＨ千＿巧ｆｉ口：４ｒＣ２２匿＇。４．加—０进２－图１０ＣＮ３０６３充电电路ＦＢ管，ＦＢ３Ｖ，充电过程如下：脚为电池电压检测输入端如果管脚电压化于采用小 １６扬州大学硕±学位论文＿电流对裡电池进行预充电。当ＦＢ管脚电压超过３Ｖ，此时充电模式为恒流模式，由民４７确定充电电流。当ＦＢ端电压接近调制电压，ＣＮ３０６３充电电流逐渐减小，将进入４．２Ｖ的恒压充电模式。输入电压大于４．４５Ｖ，当充电电流减小到充电结束阔值时，表示充电周期已，经结束员夜５端高阻态，５＾端低电平。当输入电压掉电时，ＣＮ３０６３自动进入睡眠模３－式，此时私片电流消耗小于ｌＡ，基本可此忽略不计。裡电池充电过程示意图如图２１１所＾不。ｕｔＩＩ１渭流充电１恒流充电１；恒压充电ＩＸ！＾＂Ｖ＼１充电电流Ｉ＼！电电压＼Ｉ充电结轰Ｉ，ｔ图２－１１钮电池充电过程示意图充电过程中恒流模式电流计算公式如下：Ｗ００哩进）＝Ｉ－（２１）州ｃｈＤ乂４７式中，在恒流充电阶既ＩＳＥＴ管脚的电压被调制在２Ｖ，民４７取３．６ｋ，则充电电流为５００ｍＡ。一ＡＤＣ传统的放电保护电路是使用路不断检测裡电池电压，当电压低于预设阀值时一，这对于采用电池供电的传感器节点来说是不现实的切断供电，会造成定功耗。本充电３０一管理模块的放电保护电路采用了ＣＮ１芯片，ＣＮ３０１是款极低功耗的电池电压监测芯片，当裡电池电压低于设定的下行阔值时或大于上行阔值时，芯片输出低电平，后面接ＭＯＳ２－管可关断电路１２。放电保护电路如图所示。Ｉ－ＭＯＳ托Ｔ－ＰＡＴＩＮＢ．ＩＪ１＾＾Ｘ５ｒ３ＩＮＲ４Ｃ３０ｉ□｜柳ｋ３＞ｎＣ２０＇—４－…？加ＬＢＯ￣芭宽化＂干，＂＂Ｄ：ＭｋＩ」１手２－图１２放电保护电路 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究＼Ｊ＿图中ＢＡＴＩＮ接裡电池正极，ＢＡＴＯＵＴ接负载，Ｃ２０为０．１阳电容，用于增强电路的抗噪声能力，电阻民４３和民４６用于设置电压阀值，当电池电压高于设定的阔值时，ＬＢＯ输出３７￣４２Ｖ９０．．高电平，〇６兰极管１４开通，ＰＭＯＳ管栅极电平拉低，ＰＭＯＳ管开通裡电池到负载的放电回路ＢＡＴＯＵＴ端，当电池电压低于设定的阔值时，ＬＢＯ输出低电平，〇６兰极管９０１４关断，ＰＭＯＳ管栅极电平拉高，ＰＭＯＳ管关断钮电池到负载的放电回路，裡电池不能放电。裡电池过度放电低电压检测闽值计算公式如下：起＋－心（２２）九４６一，Ｖｒｔｈ，１１３５ＶＩｌｂ０，式中为该芯片设定的阔值大小为．ｉ，般取即可；为偏置电流１８Ａ民民因为该总片工作电流在．ｌ，所从对于放电保护电路的功耗问题主要关注４３和４６的选＾型阻对电池的消耗比较大会影响电池的使用时间一，应当选择阻值大些的电阻，，分压电这里艮４３、民４６分别选２０化、１０化阻值电阻，从而阀值电压Ｖｂａｔ为３．４０５Ｙ。２．３．３电源模块设计Ｗ一一ＳＮ系统中的每个设备节点都有个电源管理模块，电源模块是保证传感器节点设备正常工作的基本因素。由于ＪＮ５１４８需要ＤＣ３．３Ｖ供电，预处理中的调理电路需要ＤＣ５Ｖ电压给ＴＬＣ２２７４芯片供电，测量作物生长环境参数的各种传感器需要ＤＣ２４Ｖ电压供电，３７Ｖ￣４２Ｖ而裡电池所能提供的只有．．电压，需要将裡电池电压转换成合适的电压。ＬＤＯ－传统的升降压选用即线性直流稳压电源芯片，但是这些芯片的主要缺点在输入输出电压差较大的情况下效率低，适用较小的输出功率，开关稳压电源即ＤＣ／ＤＣ忍片，－在输入输出电压差较大的情况下转换效率高，还可Ｗ实现升压和反相，并且效率高、温度低、输入电压范围大，适用较大的转换功率。由于本传感器节点有时需要同时负载几个传感器和几路调理电路，所Ｗ模抵电路中负贵给这二部分供电采用ＤＣ／ＤＣ苍片ＬＴＣ３５３４和ＡＰ３０１２，给ＪＮ５１４８ＬＤＯ巧Ｓ１１１７３，４供电就用片ＡＭ．３即可其中ＬＴＣ３４３负责将裡电池＿电压升到ＤＣ５Ｖ，ＡＰ３０１２负责将ＤＣ５Ｖ升压到ＤＣ２４Ｖ，ＡＭＳ１１１７３．３负责将ＤＣ５Ｖ转换＿３Ｖ。成．３ＬＴＣ３一５３４是个宽输入范围、高效率、固定频率，升降压型ＤＣ／ＤＣ转换器，可在输入电压高于，低于或等于输出电压，ＬＴＣＷ３４采用的拓扑在所有工作模式时都提供连续输？￣送模式，，２．４７Ｖ的输入电压范围和可调的．８７Ｖ从而使其非常适用于裡电池应用具有１１］口ＬＴＣ３５３４可输Ｃ５Ｖ５０Ａ－的输出电压范围。本电源模块的出Ｄ０ｍ，电路如图２１３所示。 ８１扬州大学硕±学位论文＿ｕＵ５ｔｌ」￣ｓｗ，ｓｗ細區节Ｔ￣￣．围丽ｊ￣￣Ｔ．品ｒ而，，４ＸＩ去ＶＩＮＰＳｏ．ｒ。＂下端ｃ；日揣；。。瞧ｓ１＂Ｌｙ－－ＭＵ广薩！！！ＩＩＩＬ—Ｍ＿ＩＯＦｐ图２－１３ＬＴＣ３５３４电路本电源模块的ＬＴＣ３５３４可输出ＤＣ５Ｖ５００ｍＡ，输出电压由民３４、Ｒ３６和民４０确定，计算公式如下：＋＋４巧６＝毎％乂－Ｖ－１０００（２３）。肌，■＾４０式中ＩＲ３４、艮３６和Ｒ４０分别取２００ｋ、２００ｋ和１００ｋ，可使得ＬＴＣＢ５３４得到５Ｖ５００ｍＡ的输出。本电源模块中的电感计算公式如下：Ｑｙ￣ＫｗＭＩＮ〇ＯＴＫｗＭＩＮ）））＿（【Ｌ二ｈ（２■４）Ｂ匿￣ＡＶ３７４．２ＶＶ５Ｖ，ｆ，ＩＭＨＩ式中，ｉＮ为．，ＯＵＴ为为开关频率典型地为ｚ，ｌ为最大允许电感纹波电流，通常设置为２０％到４０％最大电感纹波电流，综合＾上电感取５扭１。３０一电源模块的２４Ｖ电源由ＡＰ１２芯片产生ＡＰ３０１２，是款高功率，恒定频率，电流ＰＷＭ压转换器２－４，工作在１．５ＭＨｚ的高频率。ＡＰ３０１２电路如图１模式，电感升所示，其输出电压由民３７和民３９确定，公式如下：Ｖ＝＋皂止拉Ｘ－１２５２５）〇ｕｒＧ）．（式中，艮３７和Ｒ３９分别取１８．化、Ｉｋ，可得到ＡＰ３０１２输出电压２４Ｖ。Ｘｉｉｌ＿￣＾＾１＾＾化ＩＨ啼８！９Ｉ」—？ｎ＝Ｃ妻養Ｒ３７Ｉ４４Ｕ８｜１ｌｕｆＡ化化Ｐ３０Ｕｙ丄賺巧话養下－－—＾ｕｒｆ１２－图１４ＡＰ３０口电路ＡＰ３０１２电感的选择方法参照ＬＴＣ３５３４选取电感方法，选取ｌ〇ｎＨ。３．３Ｖ电压由 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究ＡＭＳ１１１７３．３提供，在协调器节点己经说明，这里不再费述。＿２．３．４调理电路设计一ＡＤＣ之间在现代电气测量系统中。，调理电路是个重要组成部分，它位于传感器和￣大多数传感器的输出都是微弱变化的电压、电流信号，ＪＮ５１４８的ＡＤＣ只能接收０２Ｖ但是．４的信号，所Ｗ不便于直接应用，需要调理电路对信号进巧处理。本系统选用的传感器节点４￣２０ｍＡ４￣２０ｍＡ０－２４Ｖ大都为信号，所１＾需把传感器输出的信号调理成．电压信号。对于调理电路的设计还需考虑到后期可能会増加应用需求而进行不同的扩展，即作物生长监测需求可能会发生变化，所传感器节点硬件应预留充足的扩展空间，使整个节点一具备定的扩展性。ＪＮ５１４８有４路ＡＤＣ，本传感器节点设计了４路调理电路，可同时处理４－个传感器的输出信号。调理电路工作流程如图２１５所示，调理电路分为ＭＯＳ管开关电路，参考电压电路，滤波放大电路姐成。放大预处理后信号ＪＮ５１４８低通皮大ＡＮＡ雌．－＾ＩＮ＞化（：口７４》ＡＮＡＯＵＴＡＤＣｊ）‘‘＂巧巧关巧》准电宙／ＭＯＳ管ＴＬ４３１Ｉ２－图１５调理电路工作流程Ｓ２－其中ＭＯ开关电路和基准电压电路如图１６，由于设计中此开关电路最多需要同时开关４路２４Ｖ传感器，如果４路均接上传感器，这会造成很大的工作电流，所ＷＰＭＯＳ管需要选择耐压高，漏极电流大的型号，本系统ＰＭＯＳ管选用型号为ＦＤＮＷ１８Ｐ，它耐压６０Ｖ－１２５ＡＦＤＮ５６１８Ｐ１Ｖ，漏电流．，由于的Ｖｓ达到０才能保证开关管正常工作，再考虑ｇＲ民１ＪＮ５１４８Ｉ／Ｏ曰Ｊ２到减少功耗，２和４分别选取化和１化。图中ＰＯＷＥＲＪＤＦＦ连接的，为跳线，接＋２４Ｖ端，当ＰＯＷＥＲＯＦＦ信号为高电平，ＮＭＯＳ管开通，ＰＭＯＳ管栅极电平＿被拉低，ＰＭＯＳ管开通传感器供电回路ＯＵＴ２４。＿基准电压ＲＥＦ３由ＴＬ４３１、ＴＬＣ２２７４和精密电阻组脱其中ＴＬ４３１是可控精密稳巧源，一提供２．５Ｖ精准电压。电路中运放选用动态范围较大的ＴＬＣ２２７４，它该特性具体表现为：在ＤＣ＋５Ｖ供电的条件下，即使输入、输出信号的幅值低到接近０Ｖ，或高至接近５Ｖ，ＴＬＣ２２７４的信号也不会发生截止或饱和失真，从而大大増加了运算放大器的动态范围。经４３１ＴＬＣ２２７４ＲＥＦ３３Ｖ过ＴＬ产生的精准电压经分压、放大，得到精确参考电压，计算公式如下：Ａ式＋Ａ＝２５ｘｘ－ｌ（２６Ｋ…．＋）３（、）ｒ分及＋３馬 ｗ扬州大学硕±学位论文，、－５Ｖ山也－ｆｌｆｏＫ干二品；１．仰干二川ＨＫｎＤ。记ＫＩ，。Ｉ拍Ｋ＼，■ｎＵｉｊＩｗＫ＾＇ｍＷ！＇ＲＯＨ＇ｌ．ＩｔＱ２ｌｗｉ＾２０Ｋ＾［Ｐｊ可子２Ｋ２－图１６ＭＯＳ开关电路和基准电压电路－？？滤波放大电路如图２１７，民５０ｆｉ，．所示ＩＩ取精密电阻即可将４２０ｍＡ转换成０２ＩＶ的输出，ＲＲ，｜３和｜７不焊当采用电压输化信号的传感器时用于分压调整输出。民１２和打组？成了低通滤波器，用于对信号平滑处理。滤波完的信号经过２次放大，就把４２ｍＡ信号０？转换成２．４Ｖ。－０２１－－．目２０２．４０＼＾＾＾二＾ＳＫＩ％概。＇Ｉ二二ＩｊＵＩ：：，—ＭＢ￣￣ＩＫＷＫ１４ＴＩＣ２７ＵＣＤＵｉ２Ｂｎ＝＾ｌＯＯＫｉ〔ｌ．１Ｃ口ｙ＾Ｕ！ｆＫｉ％‘．化。心Ｊ＿５Ｊ＾Ｖ一蜡琴＊＂＊评眶…ｆ＊ｉＪｉＯＯＫＩ％专Ｈｒｉｓ畫＾Ｕ小２Ｋｌ％亩？丄，，￣（ｆ３Ｒ。—ｃ３Ｋ１％２０ＩＩ动」１而，ＦＩＩＩａｉｌＯＯＦｐ２－图１７滤波放大电路调理电路输出电压计算公式如下：－—￣￣—￣－？二Ｘ欠Ｘ＋ＸＸＸ—￣吃…饥７防’。）（ｒ＂）１＋（２７）…化（）／１１／３与子？＾＾＾＾＾－＾１５１４１８１５１６２０￣式中，Ｉａｎａｉｎ为传感器输出的４２０ｍＡ信号，Ｖ３Ｖ，ＶａｎａｏｕｔｒｅＯ为参考电压为调理电－路输出信号，连接ＪＮ５１４８的ＡＤＣＰＳＩＭ２１８，。仿真及硬件电路调试如图所示由仿真结一果图和示波器波形可Ｗ看出￣，当给调理电路０２１Ｖ，个．的输入信号调理电路可Ｗ输出一０？２个．４Ｖ的信号，此调理电路是符合设计要求的。■＾ｅＳＰＷ８ＴｋＪＵ＃Ｊ６娩Ｍ￡ＡＷＲ￡Ｃ：邸Ｍ＿？、Ｉ．－＾、。Ｍ４Ｈ！八／＇ＩｉＩＭｓＵ、图爾章（！書＾？！、，Ｉｙ乂；ｎＩｉ門，ｋ／’＇＼＇１＇■＇ｉＪ．’＇，＇＾八＊ｉ叶山、，－一、＾．＇１ｒＩ［１！１｜１１；旌控，！１！叫１相１！１Ｉｉ＇－＼１１｜ｉｆ１Ｕ１｜ｉｆ！！１＼ＩＩｉｒｉ｜｜ｌｌｉｆｌｌｊ）ｊ）ｉ＼ｌ！ｌｉ｜Ｉ］帶｜－？’．’’：臧軒给ｆ於ＶＭ２５Ｊ３ＭＳ．￣－１４脚１＂６。２０？？？（Ｍ００６５３８Ａ＜化？《２－间１８ＰＳＩＭ仿真及示波器波形图 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧＾３传感器节点的节能研究由于天气、现场布线等原因无线传感节点无法从外界获取能量也无法更换电池，无线传感网络对低功耗的需求一般都远远高于目前己有的蓝牙、ＷＬＡＮ等无线网络。传感器节点的硬件设计直接决定了节点的耗能水平，还决定了各种软件通过优化可能达到的最低耗能水平。在传感器节点处，能量大部分被用于数据采集、数据处理和数据传输。当考虑节点的节能时，首先需要确定传感器节点各部分的能耗，通常比较耗电的有Ｗ下几个部分：１工作到输出稳定、精．在数据采集方面，不同的传感器反应时间不同，从传感器开始一确的信号需要，送个部分的功耗不可定时间，并且传感器的工作电流达到了几十个毫安忽略；２．在数据处理方面，测得的传感器数据需要进行滤波、放大等处理才能输入ＪＮ５１４８的ＡＤＣ，所Ｗ模拟电路的功耗不可忽略；３ＪＮ５．在数据传输方面，１４８节点间组网和将数据发送给路由节点或协调器节点也需要一定时间，并且这时候的功耗也比较大。３．１传感器节点的工作模式由于ＺｉｇＢｅｅ芯片工作状态电流比较大，组网、发送数据时电流会更大，传统的节点节５２Ｚ［］ｉＢｅｅ总４８２６Ａ能主要依靠片进入休眠模式．，ｇ，虽然这时ＪＮ５１的工作电流只有＾但是－传感器节点其他模块还在正常工作，表３１列出了传感器节点硬件电路用到的主要芯片和它们的工作电流，从表中可Ｗ看出，如果仅靠ＪＮ５１４８巧片的休眠，节点的工作电流还是达到了几十个毫安，这对仅靠裡电池供电的传感器节点的持久性工作是不利的，所１＾设计出一种低功耗的供电方案是非常有必要的。３－表１传感器节点主要苍片孩片工作电流ＣＮ３０６３６５〇ＡｎＣＮ３０１１．８ｍＡＢＤＴ０７８４〇ｎＡＬＴＣ３Ｗ４７０〇ＡｍＡＰ３０１２２．５ｕＡ）Ｓ－ＡＭ１１１７３．３５ｎＡＪＮ５１４８１５ｍＡＴＬＣ２２７４４５ｍＡ －ｎ扬州大学硕±学位论文一对于传感器节点的节能中硏究了节点在个工作周期内的平均工作电流，并比较了４种最常见的工作模式，下面分别对这四种工作模式予Ｗ说明：一１．工作模式一—第种工作模式是采取ＪＮ５１４８不进行休眠，让ＪＮ５１４８直处在工作状态，传感器模块和模拟电路模块都不关断，只有在需要采样农作物生长环境参数时才让ＪＮ５１４８发送数据，ＪＮ５１４８完成数据发送后又恢复正常工作状态。这种王作模式不会引起节点上电时组网的耗能，比较适合于响应速度比较快并且工作一－电流不大的传感器，模式工作示意图如图３１所示。５Ｖ、２４Ｖ么ｔｂａｎｓＩ＾一３－工作示意图图１模式一３－图１中第种工作模式，当采样时，经过Ａｔｔｍｎｓ时间采集环境参数并发送数据，发一ｔｓ，发送完成后让ＪＮ５１４８回到工作状态，此时的工作电流为Ｉ送电流为Ｉｒｕｎ。这种模式在个采样间瞄Ｔｓａ内的平均工作电流为ＩａＶＧＩ：ＩＸ＾＋ＩＸ＾ｒｒｍｓｒａｍｕｒｕｎｏ＿Ｉｔｒｎ＇ｉ、＾－ＡＶＧ＼子２工作模式二．第二种工作模式是采取ＪＮ５１４８不进行休眠，模巧电路模块不关断，只有需要采样农作物生长环境参数时才打开传感器的供电电路，不需要采样时关断传感器，ＪＮ５１４８完成数据发送后又回到正常工作状态。送种工作模式也不会引起节点上电时组网的耗能，比较适合于响应速度比较快，但是工作电流化较大的传感器－２，模式二工作示意图如图３所示。５Ｖ、２４ＶＡｔｔｒａｎｓＡｔｒｉｍ一图３－２模式工作示意图一３－２ｔ图中第种工作模式在Ａｔｒａｎｓ时间内进行农作物生长环境数据的采集发送，此时Ｉ的发送电流为ｔｒａｎｓ器供电电路处在工作状态，此时关掉传感器；然后关掉传感，模拟电路一的节点运行电流为Ｉｎｍ，这种模式在个采样间隔Ｔｓａ内的平均工作电流为ＩＡＶＧ２：／Ｘ＋Ｘ心｜ｒａｎｓ應剛＿Ｊ（３２）ＡＶＧ２了 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究２２＿３．工作模式Ｈ第Ｓ种是工作模式是采取在空闲时间段关断传感器和模拟电路部分的供电电路并让ＪＮ５１４８休眠的措施，只有需要采样农作物生长环境参数时才打开传感器和模拟电路的供电电路并唤醒ＪＮ５１４８，ＪＮ５１４８完成数据发送后进入休眠状态并关断传感器和模拟电路的供电电路。这种工作模式避免了ＪＮ５１４８、模拟电路和传感器运行时候的耗能，但这时候需要考虑ＪＮ５１４８组网的耗能，并且由第Ｈ章可知，模抵电路的５Ｖ电压和给传感器供电的２４Ｖ电压是经过ＬＴＣ３５３４和ＡＰ３０１２这二个ＤＣ／ＤＣ芯片升压所得，ＪＮ５１４８工作的３．３Ｖ电压是经过ＡＭ一Ｓ１１１７３３，，．芯片输出输出这些电压会有个时延节点在这个时延中的功耗也必须考＿－３虑进去３所示，从示波器图中可Ｗ看出。示波器测得传感器节点各模块电压时序图如图７０ｍｓ，３．３Ｖ５Ｖ２４Ｖ，节点上电后大约在、和各级电压均能达到稳定状态所Ｗ软件中应该设置１０曰在７０ｍｓ之后才打开模拟电路和传感器供电电路。…＇－■一…織滯’滝嘗藥：孤終從路禪器微？１＾ｆ謎＃Ｗｍｍ＿Ｉ汀＠铺ｉ１Ｉ＇ｉ１Ｉ读操仰化＾—Ｉ摩ｒ，３．３Ｖ化＇关Ｉ齡＇，Ｍ巧細，ｔｏ＇Ｗ１Ｕ３Ｗｆ图３－３节点电压时序这种工作模式比较适合于响应速度稍慢，并且工作电流比较大的传感器，模式Ｈ工作示意图如如園３－４所示。么ｔｎｅｔ５Ｖ、２４ＶＡｔ比ａｎｓ＾ｔｓｌｅｅｐ尸ＬｉＡｔｄｅｌｙ图３４模式Ｈ王作示意图－进行升压图３４中第Ｈ种工作模式，先经过Ａｔｄｌ，使电路各级电压达到稳定输出，然ｅｙ后ＪＮ５１４８进行组网，此时只有ＪＮ５１４８和ＤＣ／ＤＣ枯片工作，ＤＣ／ＤＣ芯片工作电流和ＪＮ５１４８经过Ａｔ，此５１４８进入组网电流为Ｉｎｅｔｔｒａｎｓ采集发送数据时发送电流为Ｉｔｒａｎｓ；最后ＪＮ；接着一，此时休眠电流为Ｉ，送种模式在休眠ｓｌｅｅ，并且软件关断模拟电路和传感器的供电电路ｐｌ：个采样间隔Ｔｓａ内的平均工作电流为ＡＶｍ 扬州大学硕±学位论文＾Ｘ／Ａ＇＋／ＸＡ／＋／ＸＡ／＋／ＸＡｆｄｅｌｄｅｌ喊＂（？，ｍ，ｓ，＂＂＂，岭＂打，一ｙｙｒ＿。、Ｊ—Ｕ－Ｊ；ＡＶＧ３７＾ｉｓ（，４．工作模式四第Ｈ中工作模式是比较传统的节能方式，虽然关闭了模拟电路、传感器的供电电路并且一ＪＮ５１４８也进行了休眠，但是各ＤＣ／ＤＣ孩片直处在工作状态，电路中的３．３Ｖ、５Ｖ和一直存在２４Ｖ这些电压，这个耗能是不可忽略的，所Ｗ设计了工作模式四。一第四种是采取在节点电路中加入个延时控制巧片，此控制芯片控制除了充电管理模块外电路中其他所有模块的得电，只有当需要采样农作物生长环境参数时，ＤＣ／ＤＣ电路、ＪＮ５１４８、模拟电路和传感器供电电路才得电，电路进行采集、组网和发送等操作，不需耍－，延时控制芯片关断整个电路５所示。采样时。此时的传感器节点结构示意图如图３４８ＪＮ５１太ｄ＿模－郑西ｄｃｄｃｓｉｔ蕾ＩＩＨＩＩ板Ｌ传感器ｉＭｆｅｉｉｆｅ｜｜图３－５模式四节点结构示意图送种工作模式避免了ＤＣ／ＤＣ芯片、ＪＮ５１４８、模拟电路和传感器运行时候的耗能，但这时候需要考虑延时控制忍片静态工作耗能、各级电压时延的耗能和ＪＮ５Ｍ８组网的耗能，其他模块功耗己经确定，所Ｗ在延时控制芯片的选择上要尽量挑选静态功耗低的芯片。ＢＤＴ０７８内畳独立？化振荡器可Ｗ外接阻容调节频率，具有延时范围大（１９ｍｓ１０６．），电压＇范围宽￣（２．５６Ｖ），００功耗低（振荡模式电流２＾Ａ，无振荡待机电流为０．２＿１义）等特点。：８０１０７８｜３－６硬件电路图如图，ＡＴＯＵＴ所示当上电后，Ｂ为ＣＮ３０１放电保护电路的输出，如果裡电池电压满足要求，ＢＤＴ０７８延时控制电路输出ＯＵＴ高电平，Ｑ４Ｈ极管９０１４开通，ＰＭＯＳ管栅极电平拉低，ＰＭＯＳ管开通延时控制电路到ＤＣＳＴ／ＤＣ芯片的放电回路ＣＥＬＬ端。民连接ＪＮ５１４８的１０口，当ＪＮ５１４８完成数据的采集和发送后，控制此１０口输出低电平，拉ＢＤＴ０７８，芯，ＯＵＴ，＝９０低复位引脚履Ｙ片进入休眠状态端输出低电平Ｑ４极管１４关断，ＰＭＯＳ管栅极电平拉高，ＰＭＯＳ管关断延时控制电路到ＤＣ／ＤＣ巧片的放电回路，整个传，休眠的时间由Ｒ２７和Ｃ４确定感器节点进入休眠状态。 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究＾坚巡气ｄ１ｉｌｆｔＨＯＴ们Ｒ岩ＲｒＴ從ＡＯＨ３）卿１—ｉＭｌＱ丄＂ＫＩＡ－２ｔ〇ＳａＶＤＤＵＲ２６－ＭＯＳＦＥＴ－Ｐ２—＾－ｑｎＤｍｏｊ１￣Ｒ２ＯＣ８＾Ｓｉ厕ｉｊ去Ｃ４ｌＯＯｐＦｗ￣￣＾￣￣Ｓ■Ｘ４￣＾窥化—图３－６ＢＤＴ０７８硬件电路这种工作模式比较运合于响应速度慢，需要比较长的响应时间才能输出精确环境参数３－７的传感器并且工作电流也比较大的传感器，模式四工作示意图如图所示。Ａｔｎ幻５Ｖ、２４Ｖ么ｔｔｒａｎｓＬｉｌＡｔｄｅｌｙ＿Ｉ么ｔｆｉＯＡｔｓｌｅ巧图３－７模式四工作示意图第四种工作模式ｔＢＤ，，延时巧片先经过Ａ控制节点电路得电此时只有延时芯片工作，电流为Ｉｂｄ，然后经过Ａｔｄｅｌｙ进行升压，使电路各级电压达到稳定输出，然后ＪＮ５１４８进行姐网ＪＮ５１４８和ＤＣ／ＤＣ芯，ＤＣ／ＤＣ巧５１４８沮网电流为，此时只有片工作片工作电流和ＪＮＩｎｅｔ经过Ａｔｔｒａｎｓ采集发送数据此时发送电流为Ｉｔｒａｎｓ苍片关断整个电路；接着，；最后延时，此时的休眠电流为一Ｉｓｌｅｅｐ，这种模式在个采样间隔Ｔｓａ内的平均工作电流为ＩａＶＧ４：／ＸＡｆ＋ＸＡｆ＋／ＸＡｆ＋ＪＸＡｔ＋ＸＡｆｂｄＢＤ４ｌ姑。过＂＂＂抑ｓ，顯４啤，／ｒｙｙ哪／，Ｊ、＿－Ｕ－４；ｊ根据现场监测要求和考虑到经济因素，本系统设汁了７个传感器节点，其中４个王壤水分传感器节点、１个Ｃ化传感器节点、１个ｐＨ传感器节点和１个光照度湿湿度传感器节点。下面分别根据Ｗ上的四种工作模式研究各传感器节点的节能，本文中采用的研巧方法是通过Ｍａｔｌａｂ绘制出四种工作模式采样时间Ｔｓａ与平均王作电流ｌａｖ关系曲线来比较各种ｇ模式的耗能。３．２±壤水分节点的工作模式王壤水分含量的多少，直接影响作物根系的生长。本节点是为了测量大棚主壌含水量，在采集模块采用了ＨＳ－民止壤水分传感±壤含水量的地点比较多１０２ＳＴ器，由于需要测量， 扬州大学硕壬学位论文＾本系统设计了４个：１：壤水分节点。Ｓ－Ｔ民王－Ｈ，１０２Ｓ壤水分传感器硬件实物图如图３８所示技术参数如下；工作电压为ＤＣ０￣００％±２％２４Ｖ，，工作电流为３０ｍＡ，稳定时间：通电后１巧，测量量程为１，精度为４？２０ｍＡ输出信号。传感器带有掠色，化用时，踪线接２４Ｖ化源，、黑色和盛色兰根引线黑线接地，蓝线为信号线，接入调理电路输＾端。１？Ｉ图３－８±壤水分传感器经查各芯片ＰＤＦ资料和硬件测试，并通过Ｍａｔｌａｂ绘制出止壤水分节点四种王作模式采样时间Ｔ３－９ｓａ与平均工作电流ｌａｖ关系曲线如圍所示，由图中拟合曲线可Ｗ看出ｌａｖｇ与ｇＴ一ｓａ有关，并且当采样间０９４２５ｓ，比较节能；大于０．９４２５ｓ时隔小于．时采用工作模式，采用工作模式四比较节能。但是仅传感器数据稳定加上ＪＮ５１４８的采集发送数据大概需耍１．３ｓ的时间，并且根据大棚实际需要±壤水分节点休眠时间定为１分钟，所选用工作模式四。理论上止壤水分节点在６０００ｍＡｈ狸电池供电下选用工作模式四并遇到连续阴雨天等太阳能电池板无法给节点充电的前提下可连续工作约１４４６小时。０＇７０■！ＩＩＩ１Ｉ？工作模式１Ｉ；Ｉ工作模式２—－－６００１＾’工作模式．；Ｉ；３一王作模式４－——…５００－－ＶＩｆｉ」Ｉ＼ＩＩＩＩＩＩ＼Ｉ，ＩＩ－＼Ｉ．ＩＩＩＩ４００ｐ－—－！１１＼１＞Ｖ１；１１－－－－－、—３００＾１＼心！Ｉ＼ＩＩＩｋ＼Ｘ：０．９４２５ＩＩＩ－２００、１１【之１１咚一－－－－１００１！Ａ．—－—ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ％０．５１１．５２２．５３Ｔｓａ图３－９±壤水分节点平均电流与采样周期之间关系曲线 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研充＾３．３±壤ｐＨ节点的工作模式在农业生产中应该注意±壊的酸碱度，植物在长期自然选择过程中，形成了各自对±一壤酸碱性特定的要求，它们只能在某特定的酸碱范围内生长，这类植物可Ｗ为止壤酸碱度起指示作用，Ｈ，。及时检测±壤ｐ值能够便于大棚管理人员积极采取措施加（ｉＡ调节本系统设计了１个止壌ｐＨ节点，采用的传感器为ＳＭ２１２０ＢＲＳ４８５ＰＨ值传感器。ＳＭ２－１２０Ｂ民Ｓ４８５ＰＨ３１０Ｓ４８５Ｈ值传感器硬件实物图如图所示，它为民总线式ｐ值传－－，Ｓ４８５口，ＵＳＲＴＵ协议：感器采用民接标准ＭＯＤＢ，技术参数如下工作电压为ＤＣ２４Ｖ，￣工作电流为５０ｍＡ，稳定时间１４，４９，０．１。：通电后秒测量量程为精度为±传感器带有红色、绿色，使用时，纽线接２４Ｖ电源，，艮Ｓ４８５、黄色和蓝色四根引线绿线接地黄色接Ａ＋－，蓝色接民Ｓ４８５Ｂ。Ｐ图３－１０Ｈ传感器ｐ经查各芯片ＰＤＦ资料和硬件测试，并通过Ｍａｔｂｂ绘制出王壤ｐＨ节点四种工作模式采ａ－样时间Ｔｓ与平均工作电流ｌａｖ关系曲线如图３１１所示，由图中拟合曲线可Ｗ看出ｌａｖｇｇＴ一与ｓａ有关，并且当采样间隔小于１１．８１ｓ时，采用工作模式比较节能于１１．８１ｓ，；大时采用工作模式四比较节能ＪＮ５１４８。但是仅传感器数据稳定加上的采集发送数据大概需要３，１４．ｓ的时间并且根据大棚实际需要±壤ｐＨ节点休眠时间定为２分钟，所Ｗ选用工作模式四。理论上止壤ｐＨ节点在６０００ｍＡｈ裡电池供电下选用工作模式四并遇到连续阴雨天等太阳能电池板无法给节点充电的前提下可连续王作约２９４小时。 ＾扬州大学硕－上学位论文谢—————＇０■ｎＩｉ１ＩＩ产｜Ｔ．作模式１１ＩＩ１一－１ｉｌｌ！工作模式２工作模式Ｖ３＼；ｊＩＩ＇—工作模式４ｒ．ｉｉｉｉ—－—－－－——，０００Ｉ叫叶－Ｉ＼ＩＩＩ｛ＩＩＩ＇？ＩＩＩｔＩｆ＼Ｉ１；１Ｉ！１！１；）ｇ？＼Ｉ＇ＩＩＩ１１含ＶＩ一＼；１１１１１１［Ｖ‘１１ＩＩ＼＼１ｉＩＩ＼ＩＩ１Ｉ）Ｉ————５００十－——＿—１＾叶ＩＩｌ＼ｘＩ！Ｉ１Ｉ＇ＩＶ．ＩＪ．ＩＩＩＩ＾１ＸＩ：１１．８１七秦Ｙ：１７８．２Ｉ＇Ｉ之ｉ！．Ｉ１１１：ＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩｉＩＩ１１ＩＩＱＩＩ１ＩＩ０２４６８１０１２１４１６１８Ｔｓａ３－图１１±壤Ｈ节点平均电流与采样周期之间关系曲线ｐ３４ＣＸ）．２节点的工作模式封闭温室里二氧化碳常常缺乏不足，这将严重制约蔬菜的正常生长。在这种情况下，除了适当通风换气、合理密植、增施有机肥和科学施用氮肥外，往往需要将二氧化碳作为，这就是二氧化碳肥料肥料施用，也称气肥。本系统设计了１个Ｃ化节点，采用的传感器为ＨＫ－Ｃ化二氧化碳传感器。－ＨＫＣ化二氧３－化碳传感器硬件实物图如图１２，所示技术参数如下：工作电压为ＤＣ２４Ｖ，工作电流为８０ｍＡ，稳定时间：通电后２ｍｉｎ，额幢量程为０？５０００ｍ，精度为ｐｐ±４０４￣ｐｐｍ，输出信号２０ｍＡ。传感器带有红色、黑色和栋色Ｓ根引线，使用时，红线接２４Ｖ电源，黑线接地，掠线为信号线，接入调理电路输入端。ｉ發签。斯。械酸Ｗ、－，％餐ｙ＊，？＇…ｔ＾｜３－图１２Ｃ０２传感器经查各巧片ＰＤＦ资料和硬件测试，并通过Ｍａｔｌ化绘制化Ｃ化节点四种工作模式采样时间Ｔ－ｓａ与平均工作电流ｌａｖ关系曲线如图３１３所示，由图中拟合曲线可Ｗ看出ｌａｖ与Ｔｇｇｓａ一，４有关并且当采样间隔小于，１０ｓ时采用工作模式比较节能：大于１０４ｓ时，采用工作 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究＾模式四比较节能。但是仅二氧化碳传感器数据稳定加上ＪＮ５１４８的采集发送数据大概需要１２０３ｓ，２，．的时间并且根据大棚实际需要０）２节点休眠时间定为分钟所Ｗ选用工作模式四。理论上Ｃ化节点在６０００ｍＡｈ裡电池供电下选用工作模式四并遇到连续阴雨天等太阳能电池板无法给节点充电的前提下可连续工作约５８小时。如果需要増加连续工作时间，只有增加节点休眠时间一Ｃ〇，但是根据需求，２分钟传感器节点就要唤醒次采集２数据，所ＷＣ化节点改换成交流电供电模式。２０００１１１１１１１■！；１！工作模式１－－－－—－ｉ８〇ｏｒ｜１—工作機式２Ｉ－■－－—＾工作模式３－１６００ｒｌ＾：＾■＇！Ｉ１工作模式４＼ｉ－￣￣＾１４００Ｖ｜１］１Ｉ１＼ＩｒＩ１ＩＩ２００Ｖ—Ｊ－１４！ｆＴＩ！＼ＩＩＩＩ＼ＩＷ）ｉ＼ＩＩＩＩ－—―…―…—１０００ＶｒＩＹｒ１１ｒ：１＇８００１ｒ７＾＇－－－－ｌ－６００ｒＸｌ【ｒ１ＪＩＩＩ＼ｉ，ＩＩＩ、ＩＩＩ－４００—－Ｘ：１０４ｔ｜？Ｉ１三Ｙ：１如．９二Ｉ．２００－－—坦立二兰—ＴｉＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩｌ〇＇＊＇＇１０２０４０６０８０１腑１２０１４０Ｔｓａ图３－３Ｃ〇１２节点平均电流与采样周期之间关系曲线３．５溫湿度、光照度节点的工作模式农作物的生产受温湿度，经，、光照度的作用很大常报道的农业减产跟这个有很大关系运用温湿度传感器进行监测，可Ｗ有效防止出现大旱，，、大類而且还可Ｗ通过了解农作物知道它所需的温湿度环境，会极大促进它的产量。光照是农作物进行光合作用的能量来源，是叶绿体发育和叶绿素合成的必要条件，光能调节农作物体内某些酶的活性，因此光照对农作物的生长发育影响很大。光照强度过强时，会破坏原生质，引起叶绿素分解，或者使细胞失水过多而使气孔关闭，造成光合作用减弱，甚至停止，；光照强度弱时农作物光合，农作物就会停止生长，作用制造有机物质比呼吸作用消耗的还少。运用光照度传感器及时检测大棚内光照度，根据植物各时期生长要求调节大棚顶端遮阳幕改变光照度，有利作，可同时监测温度，植物的增产。本系统设计了１个温湿度、光照度节点、湿度和光照度ＨＳ－－采用的传感器为１０温湿度传感器和ＨＳＧＺＤ光照度传感器。ＨＳ－－－１０温湿度传感器和ＨＳＧＺＤ光照度传感器硬件实物图如图３１４所示，技术参数如下：工作电压为ＤＣ２４Ｖ，工作电流为６０ｍＡ，稳定时间：通电后１５ｓ，测量量程为温度’°－￣？％￣２０８０Ｃ０１，精度±０Ｃ±３％，４２０ｍＡ。，湿度００分别为．５，输出信号都为传感器带有 ３０扬州大学硕±学位论文红色、白色、踪色和黑色四根引线，使用时，红线接２４Ｖ电源，黑线接地，白线为溫度信号线，掠线为湿度信号线，都分别接入２路调理屯路输入端。ＨＳ－ＧＺＤ光照度传感器技术工作电压为ＤＣ２４Ｖ，工作电流为３０ｍＡ，稳定参数如下：？２０？时间，０２０００００ＬＵＸ，４０，；通电后ｓ测量量程为精度为±ｐｐｍ输化信号４２０ｍＡ。传感＝，，器带有红色，红线接２４Ｖ电源黒线接地，栋线为信号线、黑色和踪色根引线使用时，接入调理电路输入端。＇？＇？＊、繁父卿屋图３－１４温湿度、光照度传感器经查各芯片ＰＤＦ资料和硬件测试，并通过Ｍａｔｌａｂ绘制出温湿度、光照度节点四种工ａ与平ａｖ３－作模式采样时间Ｔｓ均工作电流ｌｇ关系曲线如图１５所示，由图中拟合曲线可Ｗ一看出ｌａｖｇ与Ｔｓａ有关，并且当采样间隔小于１７．８８ｓ时，采用工作模式比较节能；大于１７．８８ｓ时，使用工作模式四比较节能。但是仅传感器数据稳定加上ＪＮ５１４８的采集发送数据大概需要２０．３ｓ的时间，并且由于此节点需要同时采集温度、湿度和光照度王种环境参，数并结合大棚实际需要，所Ｗ把节点休眠时间定为２分钟，所Ｗ选用工作模式四。理论上温湿度、光照度节点在６０００ｍＡｈ裡电池供电下选用工作模式四并遇到连续阴雨天等太阳能电池板无法绘节点充电的前提下可连续工作约１６９小时。２００５Ｉ１１１１Ｉ■；；１工作模式１，＼Ｉ工作模式２ＩＩ－－－－Ｕ－－－－－２０００．工作模式３ＩＩ—－４！１Ｉ工作模式■ｉＩ１＼１ＩＩ＼．ＩＩＩ＼ＩＩＩＩｒ－１獅Ｖｌｉｉ！ｉＩｉｉ＼＼ｉ！Ｖｉｉ，六５００Ｘ：１７．８８！１＇？＇－－．Ｙ：２６１．９Ｉ４ＩＩＩ１Ｉｌｔｉｌ％５１０１５２０２５Ｔｓａ－图３１５温湿度、光照度节点平均电流与采样周期之间关系曲线 胡泮基于Ｚｉ班ｅｅ的农业大棚的移动监巧樣统研巧３＿１、需要注意的是，温湿度光照度传感器节点在调理电路需要调理温度、湿度和光照度３一路信号，再加上用于产生基准电压需要用到片ＴＬＣ２２７４忘片，此时调理电路需要用到３片ＴＬＣ２２７４。由于温湿度传感器的响应时间为１５ｓ，光照度传感器的响应时间为２０ｓ，所为了二种传感器测得的环境参数都精确，软件把采样时间放到２０ｓ。 孩－兰Ｊ州大学硕ｉ：学位论文４系统软件设计在本系统中软件设计是至关重要的，不仅要考虑到设备节点能巧问题，尤其是采用煙电池供电的传感器节点，同时还要兼顾系统响应时间。本系统的软件设计主要包括协调器节点程序设计、路由节点程序设计、传感器节点程序设计，协调器节点在初始化网络的时候起到重要作用，主耍负责构建及启动网络，并把收到的数据融合后上传；路由节点主要用于增加通信范围和转发数据；传感器节点主要用于采集数掘和控制信号的输出。农作物生长环境数据在这Ｈ类节点之间及节点４－内部的传递流程如图１所示。——＂惡韦点度古１Ｃ宙７Ｉ］１Ｉ票岳韦点Ｉ１＃ＩＩｉＩＩ——＿…１，ｉ｝「「ｆ数据融合任务＜接收任务ＩＩ发送任务－￣接收任务—－＞１＜Ｉ发送任务＜采集任＃ｈ［Ｉ１Ｉ…―——————」￣１．…－－－—－一一一一－一＾－一－■■－一－一一－－一一’１Ｉ１Ｔ１Ｔ１￣ｊＩ１；ｆ１ｒ４ｌｉＩ１ＩｔＩ＇？Ｔ！Ｉ［—－Ｌ－串巧口Ｗ太网口传输设备传输设备传输设备＾￣＼Ｉ传输这备保ｉ器ＩＩＩＩＩ＇￣￣ＣＺ：＇…－………」ＬＩ．Ｔ＾ＪＬ１＾ＩＴＳｌ］图４－１数据传递示意图４１Ｚ民Ｏ．ｉ班ｅｅＰ技术分析一本文中所设计的系统采用的是ＺｉＢｅｅＰ民Ｏ协议ｇ，它是个在农业、商业和工业环境下使用的协议找，０００的大型最多可支持网络节点数超过，１网络具备比较可靠的路由方，式并且具有较高的安全性，同时所组成网络的抗干扰能力超强。下面分别从ＺｉＢｅｅ各协ｇ议的发展历程与比较、ＺｉｇＢｅｅＰＲＯ协议规范和拓扑等方面进斤说明。《＂一一Ｚｉｅｅ在中国被译为，８０２班紫蜂是种基于ＩＥＥＥ．１５．４协议的发展起来的种短距离无线通信技术一一。ＺｉｇＢｅｅ是个可Ｗ多到６５０００个节点组成的个无线数据传输网络平台，一在整个网络范围内，每个ＺｉＢｅｅｇ节点之间可相互通信，理论上每个节点间的通信距离可Ｗ无限扩展一。它是种工作频段为９００ＭＨＺ到２．４ＧＨＺ的无线网络技术，有星型、网型（即）Ｍｅｓｈ、树型等多种拓扑结构，通讯速率比较灵活，具有低功耗等特点，在无线通讯和网络领域中占重要地位－。其工作频率分配如图４２所示：抓８巧１５２．４ＧＨｚＰＨＹｍｏＡ信道￣ｉｉ〇＾１ＩＩＩ８６８．３ＭＨｚ９０２ＭＨｚ９２８ＭＨｚ２．４ＧＨｚｌｌｌｚＪｉ＾￣ＰＨＹ信道ｎ￣２６叫ｒ——ｉＩｄＩ，，２．４ＧＨｚ４－２Ｚ图ｉｇＢｅｅ技术的Ｘ作频率 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧＾４丄１ＺｉＢｅｅ协议发展历程与各协议间比较ｇＺｉｇＢｅｅ标准主要是由ＺｉｇＢｅｅ联盟与旧ＥＥ８０２．１５．４这两个组织制定的。ＺｉｇＢｅｅ联盟是一个由近３００家成员企业所组成的非营利性协会，致力于在全球各地推广Ｚ，ｉｇＢｅｅ技术使其能成为应用于家用电器、能源、住宅、商业和工业领域的领先无线网络连接、传感和控制标准口］。２００２年１０月ＺｉｇＢｅｅ联盟成立。２００４一年１２月，诞生了世界上第个ＺｉＢｅｅ协议找规范，称为Ｚｉｅｅ１．０也即是ＺｅｅｇｇＢｉｇＢ２００４一０，但是由于推出仓促些错误。２Ｚｉｅｅ１．０正，所此协议存在０５年０６月ｇＢ式发布。２００６年１２月，ＺｉｇＢｅｅ联盟发布了ＺｉｇＢｅｅ２００６规范，这是第二个ＺｉｇＢｅｅ协议巧规范，＂＂主要用群姐库替换了原来ＺｉｇＢｅｅ２Ｏ０４中的ＭＳＧ／ＫＶＰ结构。新的ＺｉｇＢｅｅ２００６协议找将不兼容原来的ＺｉｇＢｅｅ２００４协议巧，例如Ｊｅｎｎｉｅ公司将ＺｉｇＢｅｅ２００４协议巧固化在ＲＯＭ中，叱如ＪＮ５１２１和ＪＮ５１３９模块中被这样操作，导致无法和Ｚｉｅｅ２００６后的协议找兼容班。Ｚ一ｅｅ２００６ＺｉＢｉ协议找ｅｅ，Ｚｅｅ班，将是ｇ协议兼容的个分水岭，从此协议开始视协议将可实现完全向后兼容。２００７年１０月，ＺｉｇＢｅｅ联强发布了ＺｉｇＢｅｅ２００７规范比如（ＪＮ５１４８模块），ＺｉｇＢｅｅ２００７规范定了两套高级功能指令集：ｉＢｅｅ功能命令集和Ｚｉｅｅ，它们分别是ＺｇｇＢＰ民０功能命令集，而ＺｉｇＢｅｅ２００４和Ｚｅｅ２００６ｉｅｅ２００７包含两个协ｉｇＢ都不兼容这两套新的指令集。ＺｇＢ一Ｂｅｅ协议找模板一议巧模板ｉＢＲＯ协。Ｂｅｅ，个是Ｚｉｇ，另个是ＺｇｅｅＰ议找模板其中Ｚｉｇ协议找模板是在２００６年发布的，它主要被应用于灯光和电子产品环境，设计简单，多被用于少于３００个节点的网络中而ＺｉＢｅｅＰＲＯ２００７年发布，它的应用目；ｇ协议找模板是在标是工业环境和商业环境，１此协议支持大型网络，比如大于０００个节点，相应更好的安全性。Ｚ７一ｉｇＢｅｅ２００是向后完全兼容ＺｉｇＢｅｅ２００６设备。ＺｉｇＢｅｅ２００７设备可Ｗ加入个ＺｉｇＢｅｅ２００６网络，并能再ＺｉｇＢｅｅ２００６网络中运行，反之亦然。由于路由选择不同，ＺｉｇＢｅｅＰＲＯ设备必Ｚ－须变成非路由ｉｇＢｅｅＥｎｄＤｅｖｉｃｅｓ（ＺＥＤｓ）设备才可加入ＺｉＢｅｅ２００６或ＺｉＢｅｅｇｇ２００７网络。同样ＺｉｇＢｅｅ２００６或ＺｉｇＢｅｅ２００７设备必须变成ＺＥＤＳ才可加入ＺｉｇＢｅｅＰＲＯ网络。２０１４年１１月，ＺｉｇＢｅｅ联盟将挟新无线连结标准：ＺｉｇＢｅｅ３．０进攻物联网市场，该版一Ｚ本统了过去为各式装置所提供的不同ｉｇＢｅｅ标准，主打各应用间的高互通性，并强调其低功转、安全的资料传输特性，为庞大的物联网装置打通连结管道，让消费者和企业能无缝接轨地提升产品及服务品质。 ３４扬州大学硕±学位论文［Ｗ４－下面对各现有协议规范之间进行比较１，如表所示：４－ｉｅｅ表ＩＺｇＢ各协议比较协议版本ＺｉｇＢｅｅＰＲＯＺｉｇＢｅｅ２００６ＺｉｇＢｅｅ２００４－—￣公开时间２００７年１０月２００６年口月２００５年６月￣￣设备地址采用随机方式设备地址采巧分层，分设备地化采用分层，分自动分配布式方案自动分配布式方案自动分配￣￣￣￣放松网络规模限制的寻网络的规模受寻址算法网络的规模受寻址算法址算法，可支持成百成的限制。通常，网络支的限制。通常，网络支千的设备持几十甚至凡百个设备持几十甚至几百个设备￣￣特征网状拓扑財状、网状拓扑星状拓扑应用分割和重组可支持应用分割和重组可支持ｕＨ佣ｉ？大量消息（大到发送设大量消息（大到发送设亩立、４五占ｊｇ三朋力，备和接收设細缓区紳Ｉ接收设备的缓服心！志Ｊ化观女生服々容量）的收发容量）的收发０１００个节点Ｗ上３００节点Ｗ下少量节点—与容不需与。２。。麵溫ｒ締賞叫願自Ｚ魄日日版Ｉ膽叫由于２０１４年１１月提出的Ｚｉ班ｅｅ３．０还未推出，经比较各现有的协议，本系统决定选ＪＮ５用１４８模块（Ｚ视ｅｅＰＲＯ协议）作为ＺｉｇＢｅｅ芯片。４．１．２ＺｉｇＢｅｅ与ＩＥＥＥ８０２．１５．４００２年指定的低速无线个域网化民－ＷＰＡＮ）标准圧ＥＥ８０２．１５．４是旧ＥＥ在２，该标准８０２１主要是关于物理层和ＭＡＣ层的标准，目前旧ＥＥ正在考虑ＷＩＥＥＥ．５．４的物理层为基２１５４ＭＡＣ层二个，拙实现无线传感网络。化ＥＥ８０．．包含低速无线个域网的物理层和规范一２支持功率较小，般为工作在较小空间的简单器件。支持种网络拓扑，即单跳星型或通－信距离超过１０ｍ时的多跳对等巧扑。ＬＲＷＰＡＮ中节点可选择使用６４位ＭＡＣ地址也可，一使用指配的１６位短地址８０２．１５．４网。个圧ＥＥ可Ｗ容纳最多２１６个器件。但是仅仅定义物理层和ＭＡＣ并不能保证各个节点间正常通信。于是ＺｉｇＢｅｅ联盟便诞生了，在８０２．１５．４标准基础之上，对网络层和应用层标准进行了规范，使不同生产商间都共享该标准。旧ＥＥ８０２．１５．４与ＺｉｇＢｅｅ有着密切的关系，事实上ＺｉｇＢｅｅ的底层就是基于圧ＥＥ８０２一一．１５．４的。在ＺｉｇＢｅｅ方案被提出段时间后，旧ＥＥ８０２．１５．４王作组也开始了种５５］［终Ｚｅｅ２低速率无线通信标准的制定工作．１５．４工，最ｉｇＢ联盟和旧ＥＥ８０作组决定共同制＂＂一Ｚ定种通信协议标准，该协议标准被命名为ｉｇＢｅｅ。圧ＥＥ８０２１５４、旧ＥＥ１５４．．具有低功耗低速率、适用于短距离传输等特点，在８０２．．中定５６３５ＭＡＣ［】１４义了个个物理居基本参数，总数为４９个１／３适层和，为藍牙总数的，所Ｗ用于计算能力和存储能力有限的器件。旧化８０２．１５４主要负责制定物理ＭＡＣ层协议ＺＢｅ．层和ｉｅ联盟则主；ｇ要负责网络层和 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究３三应用层协议的制定，，，负责组网、安全服务等功能提供兼容性认证协议的发展延伸。这一样可保证从不同供应商处买到的ＺｉＢｅｅ设备可起工作ｇ。４丄３ＺｉｇＢｅｅＰＲＯ协议规范完整的ＺｉｇＢｅｅＰＲＯ协议找自上往下由应用层、网络层、ＭＡＣ层和物理层组成，层结构如图４－３所示：囊ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＦ巧ｍｗｏｒｋＡＦ《）｜Ｚ拍Ｏｂ扣ｔｓ挪ｆａ細啡ｊ，加ｊＩＩ邸幽芭么。货。（ＩＯｂｅｃ文ｔｏｆｃｅｃｊｊｔ｜ｉ？？■■髮；．去＃Ｅｏｄｐｏｈｉｌ０讓Ｅｎｄｉｎ２４Ｑ＞ｐｏｔＥｎ斯〇加１＾ＩＩ．Ｓｏ－ｉＰＳ！町Ａ恤ｉｃａ化ｎｕｐｐｒｔｓｕｂａｙｅｒ（Ａ香魯爸Ｉ吾｜目。？ｉｌｌＩＩ。‘；在ｒ３ｙ．，心把聲．醒－图４３Ｚｉ班ｅｅＰ艮０协议找４－３其中对图中部分概念说明如下：Ａｋ一ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＦｒａｍｅｗｏｒＡ巧：该应用程序框架便于应用程序和ＡＰＳ层之间通过个被（称为服务接入点或ＳＡＰ的接口相互作用。所有的应用程序都包含在此框架内。一Ａ－ｌｉｃａｔｉｏｎＳｕｏｒｔｓｕｂｌａｅｒＡＰＳ：负责与相关应用程序通信，例如ｐｐｐｐｙ，当个消息到达（）ＬＥＤ，ＡＰＳ来点亮在层依靠在消息中使巧端点信息来执行应用程序；维护绑定表或者绑定节点之间发送消息；在网络设备间建立安全的通信。ＺｉｇＢｅｅＤｅｖｉｃｅＯｂｊｅｃｔｓ（ＺＤＯ）：ＺｉｇＢｅｅ设备对象代表设备节点类型，比如协调器，路由器或终端节点，并拥有多项通信规则。ＺＤＯ通过端点０传达更多信息。ＺＤＯＭａｎａｇｅｍｅｎｔｐｌａｎｅ：此平面横跨ＮＷＫ和ＡＰＳ层，并且允许ＺＤＯ与这些层执行其内部任务时进行通信。它也允许ＺＤＯ使用ＺｉｇＢｅｅ设备配置文件信息来处理访问应用程序和安全功能的要求。４．１．４ＺｉｇＢｅｅＰ民０拓扑及节点类型一个无线传感网络是由协调器节点发起的，协调器节点初始化网络并选择网络工作的信道一旦初始化完成后调器将化许其它节点加入它作为其＂’’己称为‘‘。，协子节点，它自父＂，送些子节点可Ｗ是路由节点也可Ｗ是终端节点节点。路由器可Ｗ自己成为父节点，让子 ３６扬州大学硕±学位论文节点加入它（这些节点可能就是路由节点或终端节点）。Ｗ这种方式，网络现论可Ｗ无限增长。一个无线传感网络包括一一组节点，这些节点可根据定路由规则（节点之间传递的消息一）彼此通过无线电传输的方式进行通信。个ＺｉｇＢｅｅＰＲＯ网络采用Ｍｅｓｈ拓朴，在此拓一朴中Ｉ任何路由节点或协调器可与同信道网络内的任何其它路由节点直接通信。然而，终端节点只能直接与其父节点通信，当不能直接通信的两个节点之间发送消息时，该消息被经由中间路由节点进行转发。ＺｉｇＢｅｅＰＲＯ的Ｍｅｓｈ网络包括Ｈ种类型的节点：协调器节点、路由节点和终端节点。Ｍｅｓｈ４－４网络结构图如图。ｈｏｏｒＪＢＣ－翁．Ｅｎｄ／＼ＬｉｌｌｉＥｎｄ＾ＥｎｄＲｏｕｅｒｔＲｏｕｔｅｒＲｏｕｔｅｒ图４－４Ｍｅｓｈ网络结构图下面分别介绍Ｈ种节点：一＂？一１．协调器：每个网络必须有ｔ且只有个协调器。这是无线传感网络发起要启动的一一第个节点，并负责通过允许子节点加入网络。网络建立后，协调器都有个路由规则：使信息和数据能够在节点间传输，并能够收发数据。２．路由器：网络可能有许多路由器。此节点具有路由功能，并且也能够收发数据。它也允许其他节点加入网络，所Ｗ起着延伸该网络的作用。路由节点可直接与其他路由节点一（同信道内）进行通信的能力是与个树状网络区别的关键因素，此属性产生了非常有效和灵活的消息传播路径一，并意味着如果个链路出现故障可产生替代路线。３．终端节点：网络可能有多个终端节点。这是只拥有发送和接收数据功能的节点，它没有路由功能。对于网状网络的通信规则如下：１．终端节点只能直接与其父节点进行通信；２．路由节点可Ｗ直接与子节点、父节点和任何同信道内的其他路由节点或协调器节点通信；３．协调器可直接与子节点和任何同信道内的其他路由节点进行通信。 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究２１＿４．２开发平台概述ＪＮ５１４８自带ＺｉｇＢｅｅＰｒｏ软件构架，用户可Ｗ在现有的平台上定义各自的应用方式，这－４５ｉｉ样就大大减少了开发难度，由图可看出，ＪｅｎｎｅＺｅｅ。该软件的基本结构如图所示ｇＢＰｒｏ软件构架主要由ＺｉＢｅｅＰｒｏ协议找ｉＺｉｇ、Ｊｅｎｎｅ操作系统（ＪｅｎＯＳ），应用层和ｇＢｅｅ集成接口（ＡＰＩ）构成。ＡｌｉｃａＵｏｎｐｐＪｅｎＯＳＲＴＯＳＬｈＭＩＰＰＭｉＭｗｉｊＩｒＵｅｇｎｋｄＺｉｅｅ－．—ｇ化ｒｉｈｅｎｌｓＰＷＲＭ１ｗｍｍｍＢＳｐｔａｃｋＰ抓Ｍ—ＤＢＧｍｍｍ＼图４－５软件基本结构４．２．１ＪｅｎＯＳ系统ＪｅｎＯＳ是由Ｊｅｎｎｉｅ公司开发的专口适用于无线传感器网络的操作系统，它被分成５个模块，它们分别是：一１（ＲＴＯＳ），．实时的任务调度系统：该模块提供了种机制种可优化系统的效率和可靠性的方法反应发生的实时事件。它被用于处理各种系统事件比如：中断、应用程序任务调度等。２．存储数据管理单元（ＰＤＭ）：该模块用于处理存储在非易失性存储器（ＮＶＭ）中存一储内容及应用数据，并且可检索数据，，。该模块提供了种机制在不连续供电的情况下无线微控制器可ｙＸ持续操作。３．系统功耗管理控制单元（ＰＷＲＭ）：；该模块管理无线微控制器的工作方式进入和离开低功率模式，如睡眠模式。４．协议数据通信控制单元（ＰＤＵＭ）用于管理内存，入到耍发送；该模块ｙＡ及将数据插的消息，并从己接收到的消息中提取的数据。该模块的工作方式为：从应用层接收数据，设置特定报头，并向其他节点发送数据；同时也可接受其他节点数据，解析数据报头并提取数据，交付给应用层。Ｇ一５．软件调试系统单元（ＤＢ）；该模块允许诊断消息输出，当应用程序运行时，作为种辅助手段来调试应用程序代码。 ３８扬州大学硕±学位论文ＪｅｎＯＳ在调度不同优先级的实时任务时具备及时性和灵活性。它的及时性表现在它本身属于抢占式的操作系统，所具备最高优先级的任务可１＾马上获得ＣＰＵ时间。灵活性表现在它还具有＂互斥＂的時征，即在发生ＣＰＵ切换之前如果当前任务正在执行临界区域的指令，则允许当前任务执行完临界区域的指令后才进行ＣＰＵ切换。４．２．２ＺｉＢｅｅＰｒｏＡＰＩｇＡＰ一Ｉ函数用Ｗ简化无线传感网络应用程序的开发，主要负责配置些外散如系统的Ｉ／Ｏ口、串口、定时器等ｉＢｅｅ提供的ＡＰＩ函数。用户在设计应用程序的时，可通过调用Ｚｇ一来访问Ｚｉ巧ｅｅ应用层和网络层的接口，实现每个协议层所提供的功能。ＺｉｇＢｅｅＰ艮０应用ＡＰＩ函数，其主要由Ｗ下几个部分构成：１ｉ．Ｚｅｅ设备对象ＺＢｅｅＤｔ（ＺＤＯ）ＡＰＩｇＢｉｇｅｖｉｃｅＯｂｅｃｓ：主要负贵管理本地节点，由初ｊ始化ＡＰＩ，ＺｉｇＢｅｅ协议巧调用ＡＰＩ，程序调用的ＺｉｇＢｅｅ协议巧ＡＰＩ组成，并管理网络。２－．应用框架ＡｌｉｃａｔｉｏｎＦｒａｍｅｗｏｒｋ（ＡＦ）Ａ巧ＦｌＤｔＥｔｉｔＥＡＰｐｐ：由Ａｓｕｂａｙｅｒａａｎｙ（ＡＦＤＩ）－和ＡＦｓｕｂｌａｅｒＭａｎａｅｍｅｎｔＥｎｔｉｔ（ＡＦＭＥＡＰＩ）组成ＡＰＩ主ｙｇｙ。ＡＦＤＥ要用来构建ＡＦＤＥ数口７据结构ＭＳＧ］，创建需要发送的键值对ＫＶＰ和消息巾贞，向网络层发出数据发送的请求；ＡＦＭＥＡＰＩ主要用来修改节点设备描述符、电源状态和用户自定义描述符等。３Ｚｉ（ＺＤＰ）ＡＰＩ．ｅｅ设备配置文件：主要用于远程节点管理并负责网络建立连接班，获取网络中其他巧关节点的信息。４一一Ｊｅｎ）ＡＰＩ．操作系统（ＯＳ：该部分提供了个易于使用的界面简化定范围内非网络特定操作的编程一。ＪｅｎＯＳ被分成多个模块，每个模块包括个Ｃ函数的ＡＰＩ。另外，一ＪｅｎＯＳ一个被称为配置编辑的工具提供了可配置使用应用程序的０Ｓ资源，这个工具是个称为Ｅｃ邮ｓｅ的ＩＤＥ（集成开发环境）的插件。４．２．３软件开发环境本文系统是在Ｅｃｌｉｓｅ、调试环境下采用Ｃ语言进行程序设计的ｐ中编译，在此基础上进行基于Ｚｉ巧ｅｅ的监测系统应用软件的开发。Ｅｃ邮化是著名的跨平台的自由集成开发环境。ＤＥ），最初主要用于开发Ｊａｖａ语言通过安装不同插件就可支持不同编程语言，化如，Ｃ＋＋和Ｐｙｔｈｏｎ。Ｅｃ邮ｓｅ本身只是框架平台，但众多插件的支持使得它拥有其他功能相对固定Ｈ）Ｅ软件无可比拟的灵活性。在开发基于ＺｉｇＢｅｅＰｒｏ的应用程序时，需要对ＺＰＳ协议怯和Ｊｅｎ０Ｓ操作系统进斤些一些基本配置，厂家提供的软件开发环境中ＪｅｎＯＳ编辑器和ＺＰＳ协议配置器简化了这些基－本配置，ＺＰＳ协议配置器和ｅｎＯＳ４６Ｊ编辑器如图所示。 胡泮基于Ｚｉ班ｅｅ的农业大棚的移动腔测系統研究＾ＺＰＳ协议配置器Ｓ－ＪｅｎＯ编辑器！？换。口。巧？Ｌ一．争餘應—肖呵滅斬却气辜—？Ｒ＂ｗ香ｒｊ？—ｂ隐苗攫截接瑞也拙遇ｉ瞬＾瑞摧擇踢释ＩＳｉ賴禪地别挣辦黯＇＇４Ｖ：２ｉ？？ｆＳＣ＊＂，１，：＊（？ｉＭｒｋ？？？？对＊？？－Ｗ一：…）４：ｔ，．ｔ．Ｕｔｉｔ（ＣＪ０＇ｒ，，Ｕ？）；：；－．：，＂ｆｉ一１必）ｊ．？？价｜？ＪｉＳＭｉ．．？］鬟？＇ａ？…＞ｔ＞占＊去》Ｃ。＂山＆＊ｗＭｉｕｓｊｓｒｒ？４ｔＭ（ｎｒ：；：—■＇￣ＷｈＭ弟ｉＷ的Ｉ；！＂＊－？—全扣ａ？＂？？ｒＲＢ々？心ｕ；＾ＩＪ）ｓ’ｎ７＾＇－一ｎｊｔｆｒＣｉ：ｓ：Ｉｕｔ；［：，醒＠ｗｃｗｕｕｉ＆ａ？）■＇―…＊＾ｏ＞＾，＇＾：＾ＫｕｄｌＵｍｉｆｔｃｔｖＣ！？０）洗妾Ｈ与ｔ＂＊＊ｃｔｋ’姑。＊ｇ！ｆ々４＊Ｖｄｖｗ３４＊ｃｒｉｂｔＫｆｖｏｌｉｌ！ｔｄ？Ｓ巧ｃｈｒ你ｉＳｔ４，１ｈＳｓｔｄｔＸ＾Ａｆｔｌ社Ｉｆ？ｖｗ；：３ｆＱ？＂？＊＊＂朽化＆ｚ，ｉｕ瓜Ｔ，ｆｃＵｓ＂＊＊ｗｒｆ＇。。？ｉ＊：：．…＂去Ｔｉｗ＂Ｃ？＂巧＊ｒｉｗＴ？Ｖ１，Ｓｉ＂？Ｉ拍）ｉ卸才叫ｉ粉村ｐ；心…品去２００ＣｂｆｉｖＷｗａＳｕ＾；ｆ．＊＇ｔ－失Ｓ？＂？！＂。＿２？＿：心＂矣；＇’＇，＊－；：二？？＾，篮Ｗ沮ｉｎ以Ｓ＜ｉｎｃ，巧ｕａｓ巧次＜＂＜地，？？《？ｉＨ家巧（ｊ巧｛通１鄉接ｔ等１图４－６ＺＰＳ协议配置器和ＪｅｎＯＳ编辑器ＺＰＳ协议配置器采用简单窗曰形式来配置协议找参数：应用开发规范ｒｏｆｉｌｅ、协调器、（ｐ）ｌ，路由节点和终端节点的基本参数等，其中ｐｒｏ扣ｅ定义了网络中使用的群集（ｃｕｓｔｅｒ）各节点基本参数包括：Ｅｎｄ化ｉｎｔ、协议数据单元ＰＤＵｎＯＳ、和通信信道等。Ｊｅ编辑器为用户了提供图形化的操作界面来使用ＪｅｎＯＳ操作系统的资源，如任务、中断服务程序、消息邮箱等。４３．协调器节点的软件设计一协调器节点首先建立个可用网络，并控制监控路由节点和传感器节点的入网过程，然后向入网的子节点发送控制信息，并且接收子节点上传的信息数据，最后对上传数据进一行进步处理，并通过串口或Ｗ太网曰上传上位机。因此，根据Ｗ上过程协调器节点的软件设计将划分为构建网络任务、数据接收任务、串行通信任务和Ｗ太网通信任务。４．３．１构建网络构建网络任务包括初始化＆ｇＢｅｅＰｒｏ协议钱和ＪｅｎＯＳ，设置信道，设置ＥＰＡＮＩＤ，允－７，许其他设备的加入请求：。系统网络搭建过程如图４所示接下来分别作具体说明Ｃ西Ｊ——斗―欄始化好ｇｂｅｅ扣０协段搜和ＪｅｎＯＳ．．—．…—７二寺二疫皇信遺ＩＥＰＡＮ１Ｄ各建参＾启动网络等待节点加入＂：ＺＺＺＺＺＺｆ分配地址＿＿…．—３Ｚ图４－７系统网络搭建过程示意图 ４０扬州大学硕±学位论文ｉＢｅｅＰｒｏ和ＪｅｎＯＳ初始化Ｚ协议找：需要调用的ＡＰＩ有ＯＳｔｒｔ、ＰＤＵＭＩｉｔ、ｇ：ｖＳａｖｎ＿（）＿〇ＰＷＲＭｖＩｎｉｔ、ＰＤＭｖＩｎｉｔ、ＺＰＳｅＡｐｌＡｆｌｍｔ和ＺＰＳｅＡ亿ｄｏＳｔ；ａｒｔＳｔ；ａｃｋ。其中ＯＳｖＳｔａｒｔ＿（）＿（）＿〇＿ｐ（）＿〇必须被最先调用被用来启动ＲＴＯＳ；ＰＤＵＭｖＩｎｉｔ被用来初始化ＰＤＵ管理器；ＰＷＲＭｖＩｎｉｔ＿（）＿〇被用来初始化系统功耗管理控制单元被用来方便设备进入休眠模式；ＰＤＭｖＩｎｉｔ被用来初＿Ｇ，始化存储数据管理单元为了在节点断电后可Ｗ保持应用数据；ＺＰＳｅＡｐｌＡｆｌｎｉｔ被用来初＿（）始化ＡＦ；ＺＰＳ＿ｅＡｐｌＺｄｏＳｔａｒｔＳｔａｃｋ〇被用来初始化ＺｉｇＢｅｅＰｒｏ协议巧。２－设置信道．４ｚｈａｎｎｅｌＸ２６；网络在ＧＨ频带的信道可Ｗ通过ＺＰＳ编辑器的Ｃ参数中在１１中预设置，也可通过协调器选择最安静的信道。设畳ＥＰＡＮＩＤ：网络的６４位ＥＰＡＮ阻可Ｗ通过ＺＰＳ编辑器的ＡＰＳＵｓｅＥｘｔｅｎｄｅｄＰＡＮＩＤ参数中预设置。另外，如果预设值是０，则协调器将使用自己的化ＥＥ／ＭＡＣ地址作为ＥＰＡＮＩＤ．允许其他设备的加入请求：协调器节点允许其他节点加入作为它的子节点，比如路由节点和传感器节点，入网的节点协调器将会为它们分配１６位网络地址。最大的节点数目可Ｗ通过ＺＰＳ编辑器的ＡｃｔｉｖｅＮｅｉｇｈｂｏｕｒＴａｂｌｅＳｉｚｅ参数中预设置，超过了最大节点数协调器将不再接受入网请求。４．３．２数据接收无线网络中的节点之间的通信是使用含有应用数据的消息来实现，该消息包含该数据的部分被称为应用协议数据单元（ＡＰＤＵ）。ＰＤＵＭ被用于ＡＰＤＵ的存储管理，Ｗ及组装和拆分的ＡＰＤＵ，即要被发送的数据嵌入ＡＰＤＵ中和从ＡＰＤＵ中提取收到的数据。为了方便传输，该消息被转换为ＮＰＤＵ（网络协议数据单元）。接收到的消息，每个堆找层从顿头和倾尾剥离相应的协议信息，到达应用层时只有ＡＰＤＵ仍然存在，然后从ＡＰＤＵ提取出数４－８据即可，数据传输的示意图如图所示。发送节点接收节点ＡｌｉｃａｉｏｎＤａａＡｉＤｐｐｔｔｐｐｌｉｃａｔｏｎａｔａ数据巧入数据巧取Ｉ￣…ＡＰＤＵ传应用层巧ＡＰＤＵ＊＊网巧层？？１１ＩＭｉｉｉ１１ｉｉ？ＭＡＣ层巧Ｉ］１？Ｉ［ＴＴ１ＴＴＷＩｆ．ＭＭＭ巧理层前１＊ｉ｜１ｉＩｉ１１ＮＰＤＵｔ图４－８数据传输的示意图当协调器节点接收到数据包，数据包就被放入消息队列中。此时在协调器节点会生成一ＺＰＥＶＥＮＴＡＦＤＡＴＡＪＮＤ一个ＳＩＣＡＴＩＯＮ堆找事件指示数据包已经到达旦数据分。＿＿＿组己经从消息队列中收集，数据就可从ＡＰＤＵ中提取。此时可调用 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究￡一ＰＤＵＭｖＡＰｄｕ一ＩｎｓｔａｎｃｅＧ細ａｌｏａｄ函数，此函数返回个指向ＡＰＤＵ的第位有效数据的＿ｐｙ地址一，，，然后只需个强制转换就可读出指针所对应地址的值然后就可Ｗ对不同节点传４－２所示来的数据进行数据融合处理。其中传感器节点传输来的数据格式如表。表４－２传感器节点数据格式字节数１１２２２２￣４字段设备号地址号数据１数据２数据３数据自定义的通讯协议中规定，其中设备号可能为０ｘ０１、０ｘ０２、０ｘ０３和０ｘ０４分别表示ｐｈ、止壤水分、温湿度光照度和Ｃ〇２节点。地址号只有±壤水分节点可能为０ｘ０１、０ｘ０２、０ｘ０３０ｘ０４４－和分别表示个止壤水分节点，其他节点地址号均为０ｘ０１。数据１４分别表示传感器节点４路ＡＤＣ采样的数据，其中王壤水分节点只有数据１为有效数据、ｐＨ节点只有数－１据１为有效数据，温湿度光照度节点数据１３为有效数据、Ｃ化节点只有数据为有效数据。一ｔ协调器节点收到传感器节点传输的数据后，协调器节点创建了个ｄａａｂｕｆ数组，用于整合各传感器节点的数据参数，代码中通过校验传感器数据的设备号和地址号将数据放入数组对应位置。表４－３ｄａａｂｕｆ协调器节点ｔ数据格式字节数２２２２２２２２２字段ｐＨ１号水分２号水分３号水分４号水分温度湿度光照度Ｃ〇２４．３．３串行通信一ＪＮ５１４８的异步串巧通信接口是个采用发送、接收双线制的通信接口，即通常所说的ＵＡＲＴ口－－。协调器节点软件中实现了ＲＳ２３２、ＲＳ４８５二种串行通信方式上传数据，主要一分为串口初始化和数据发送二部分。种通信方式，必无论哪，要使ＵＡＲＴ能够正常工作、、须对它进行初始化，其中设置主要包括：运行模式波特率、字符长度奇偶校验、停止位个数、中断使能等。ｖＡＨＩＵａｒｔＥｎａｂｌｅ函数将使能相应的ＵＡＲＴ可用，当相应的ＵＡＲＴ使能后，其共用ＤＩＯ＿将失去１０功能ＵａｒｔＳｅｔＣｌｏｃｋＤｉｖｉｓｏｒ函数用于设置波恃率ｖＡＨＩＪａｒｔＳｅ把ｏｎｔｒｏｌ；ｖＡｍ；用＿Ｊ于设置串曰的其他配置参数，比如奇偶校验，数据位，停止位；ｖＡＨＩＪＵａｒｔＳｅｔＩｎｔｅｒｍｐｔ用于设置串口中断，可设置是否接收各种串口中断事件，比如ＦＩＦＯｅｍｐｔｙ，数据事件，ＣＴＳ事件等等；ｖＡＨＬＵａｒｔＳｅｔＲＴＳＣＴＳ函数将ＵＡＲＴ配置为２线模式，不使用流控信号线。－－为Ｔ保证数据传输的正确性和完整性，ＲＳ２３２和ＲＳ４８５中断处理函数中加入了采用ＣＲＣＣ一查表法的校验。ＣＲ校验是种数据传输检错功能，本协调器节点程序中对上位机一一发来数据首先计算出的个校验值，，如果和随数据提供的校验值样就说明数据是完整 ４２扬州大学硕±学位论文的。本程序中ＣＲＣ校验处理过程如下：首先预置１个全为Ｉ的１６位的ＣＲＣ寄存器阳ＦＦ；二６位的ＣＲＣ８一８二进第步把１寄存器的低位与第个位制数据相异或，结果存放于ＣＲＣＣＲＣ一寄存器，高八位数据不变，；第Ｈ步寄存器内容右移位，并检查移出位；第四步检查结果如果移出位为０；重复第３步；如果移出位为１，ＣＲＣ寄存器与ＯｘＡＯＯｌ进行异或；第五步重复步骤３和４，右移８次后，８位数据就全被处理；第六步重复步骤２到步骤５，进行下一个８位字节处理，交换ＣＲＣ寄存器高、低字节；；第屯步将所有字节计算完成后＊验数据首地址最后得到的ＣＲＣ寄存器内容即为ｓ，ｕｓＤａｔａＬｅｎ：ＣＲＣ码。ｐｕｃｈＭｇ为待校为待校验数据长度。返回值为校验结果。艮Ｓ－２３２通信时，ＵＡ民ＴＯ发送和接收数据方式为中断方式，由于初始化时设置ＵＡＲＴ０接收数据时产生中断，调用ｕ８ＡＨＩＵａｒｔＲｅａｄＤａｔａ函数将接收数据放入ＣＭＤＤａｔａ数组中，＿同时置位标志位，程序跳入死循环中相应中断处理函数。中断处理函数首先对ＣＭＤＤａｔａ一，通ａｔａｂｕｆ数组进行ＣＲＣ校验过校验则重新打包封装ｄ，并再计算次ＣＲＣ码并将计算口上－结果放入顿尾。最后将数据通过串传，程序流程图如图４９所示。￣厂开盛）初始化ＵＡＲＴＩ中轿ＪＮ＜￣￣ｃ校验＞＾；重新打垃封装传感器数据去‘计算ＣＲＣ串口上传数据＾：结束）４－９－图ＲＳ２３２通信程序流程图艮Ｓ－４８５通ｏｄｂｕ信实现了Ｍｓ协议，其传输方式为艮ＴＵ。在ＲＴＵ通信模式中，每个化ｉｔ的字节被定义为两个４ｂ，ｉｔ十六进制字符这种方式主要优点在于在相同的波特率下，可传送的数据总数更多－。ＲＴＵ通信的格式晌如表４４所示，其中协调器节点地址自定义为化０１，功能码选取０３：读取内部模拟量保持寄存器。表４－４ＲＴＵ格式倾节１１１２２２２２２２２２２２数ＣＲＣＣＲＣ功Ｓ１号２号３号４号光全袖Ｉ器能ＳｐＨ水水水水告著照Ｃ〇２高字低字＾＾：码分分分分？ｇ度节节＾ 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧￡从表４－３格式峽中可Ｗ看出，协调器节点把收到的各传感器节点数据重新打包封装到一个数组中一，这样编程的优点是上位机仅需发出单个命令，即可从协调器节点次性读取。所有传感器节点最新数据，并简单执行读取数姐相应位置操作即可获取所需数据避免了当上位机需要读取不同传感器节点数据时需要发送不同命令，也避免了协调器节点收到相应命令时需要分别多次上传传感器数据，简化了编程。采用半双工通信方式时，程序中需保证ＭＡＸ３４８５总片处在正确接收状态或发送状态。ＷＲＳ－４８５通信时３４８５巧，初始化时就必须设置ＭＡＸ片处于接收状态，这样才能使得ＵＡＲＴ１接收数据时产生中断。由于串口接收有个缓冲，为了保证接收的命令完整，需要定一时器中定义辅助变量，，用于増加串口接收时间。当需要往串口发送数据时首先需要把ＭＡＸ３４８５改为发送状态，再执行串口发送函数，为了保证串曰发送数据的完整性，函数中需要检测发送转移寄存器，当此寄存器为空时，表明数据全部被发送出去。数据上传结一ＭＡＸ３４８５芯。束后需再把片状态修改为接收状态，Ｗ便下次接收上位机采集数据命令４－１０ＣＭＤＯｆｔＣＯＭＭＧＡＰｃｏｕｎｔｅ程序流程图如图所示，其中ｓｅ表示正在接收上位机命令，ｒ为增加接收时间辅助变量。－－－故ｒ谭………４巧发状泰］ＩｙＺＩＺＥＺＺｌｐ串口上传数据Ｉ４－－图１０民Ｓ４８５通信程序流程图４．３．４从太网通信协调器节点连接ＷＳＮ和＾＾Ｕ：网两个独立的网络，实现了幻ｇＢｅｅ和Ｗ太网协议的转换。当太网传输数据时，协调器节点进行ＺｉｇＢｅｅ数据的解析，从数据包中提取有效数据，接着进行协议转换并把数据包重新封装打包成ＴＣＰ／ＩＰ数据包，经过Ｗ太网传输将数据送到上位机，完成整个网络的数据传输。本节分为巧始化、数据包的接收巧发送、数据包的处理Ｈ部分讲巧。 ４４扬州大学硕±学位论文４３４１．．．初始化ＣＰ２２００Ｉｎｉ、ＰＨＹＩｉｔ、ＭＡＣＩｉｔｂｉｉｔ。ｒｔｉｉ的初始化主要由ｏｒｔｎｎ、ａｒｔａｎ函数组成其中ｐｏｎｐ＿＿ｐ＿主要完成硬件的初始化，ＰＨＹＩｎｉｔ主要完成物理层的初始化，ＭＡＣＩｎｉｔ主要完成ＭＡＣ的＿＿初始化，ａｒｐｔａｂｊｎｉｔ主要完成ａｒｐ动态缓冲区初始化，将高速缓存清０并且使生存时间重新开始。在ＣＰ２２００硬件初始化中，上电复位又ＭＡＸ８０９负责完成，软件主要设置兩反、反５和ＡＬＥ，由于读选通、写选通、ＡＬＥ硬件接口分别连接在ＪＮ５１４８的１０曰上，所Ｗ在软件编程中可通过ＪＮ５１４８的ｖＡＨＩＤｉｏＳｅｔＤｉｒｅｃｔｉｏｎ和ｖＡＨＩＤｉｏＳｅｔＤｉｒｅｃｔｉｏｎ二个函数来配置，＿＿巧始化中这Ｈ个引脚均不使能，等需要使用时再设置为低电平使能。在ＣＰ２２００物理层的初始化中，所需要进行配置的有：全双工工作模式、回环模式、省电模式ａｂｂｅｒ；接着用用寄存器１５、使能接收器、自动极性纠正、连接完整性、ｊ保护等Ｉ０ＰＷＲ对ＡＣＴＬＥＤ和ＬＩＮＫＬＥＤ配置使能。ＭＡＣ层初始化要在物理层初始化完成后才可进行。在ＣＰ２２００ＭＡＣ层的初始化中，首先把ＭＡＣ设置为跟物理层相同的全双工工作模式，接着要把ＩＧＰＴ、ＩＧＰＲ寄存器写入０ｘ００１５和ＯｘＯＣ口Ｗ适应全双工工作方式，并设置最大顿长度，接着从Ｆｌａ油中读出ＭＡＣ地址，然后通过写入Ｎｏｄｅ．ｎｏｄｅ．ｍａｃ中来设置４８位ＭＡＣ地址，最后为了使能接收向寄存０００ＭＡＣ－器ＭＡＣＣＮ写入化１。物理层和层巧始化流程图如图４１１所示。Ｃ痛）Ｃ痛）禁止物理层ＩＭＡＣ工巧模式设暨Ｉ！Ｉ＾－－Ｙ＇＇＾配置物理层参数１ＧＰＴ、ＩＩ巧置守ＩＩＧＰＲ寄巧器参数使能物理层＾本—－１ＺＬ畏；屏两１使能接收器和发送器………．．……专＊设置Ｗ地址ＩＣ屯宗＾４－图１１物理层和ＭＡＣ层初始化流程图此外还对本机信息进行了初始化，软件中利用定义结构体ｔｒｕｃｔ，Ｓ的方法定义了结构ｎｅｔｎｏｄｅ，包括节点的ＩＰ地址、子网掩码、网关、端曰号、Ｗ太网地址，还定义了结构＿一ｎｅｔｎｏｄｅｂｔｅｓ，对ｎｅｔｎｏ化中定义的变量做进步解释，最后通过ｕｎｉｏｎ联合二种结构，＿ｙｊ。（＾＾方便对本机节点中各段信息的提取４３４２．．．数据包的接收、发送接口当ＣＰ２２００初始化完成后，就准备接收和发送数据，本文为接收和发送分别编了 巧泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧ｊｌＣＰ２２０ｘＲｅｃｅｉｖｅ和ＣＰ２２０ｘＳｅｎｄ二个函数。在讲述这二个函数前，先讲述接收和发送均会＿＿ｉ这二个函调用的函数：从将定寄存器中读取数据函数民ｅａｄＲｅ入数据函数ＷｒｔｅＲｅｇ和写ｇ，４－数的工作流程图分别如图１２所示。ｒ）ｒｗ）ｙＡＤ搜＾输ＷＡＤ设为输出＂＂＂＂￥￣ＺｆｌＺＺ：，等奔ｍ］＾［＇－—ｒ本ｊ发送地址到ＡＤ发送地址到ＡＤＶ＊；ＩＡＤ设为输入发送巧巧到ＡＤＪｆ＾Ｉ巧复相应状态Ｉ＾Ｉ从ＡＤ＾乂数据…」Ｉ古恢复相应状态返回ＷＩＪ图４－１２读写流程图民ｅａｄＲｅ函数负责读取特定地址寄存器的数据，函数参数为所需读取寄存器的地址，ｇ返回值为被赋值读到数据的变量ｔｍｐ。首先将ＡＤ状态设置为输出，为了确保处于正确工作状态调用ｎｏｐＯ用来等待硬件准备完成，等待结束通过调用ＣＰ＿ＡＬＥ＿Ｏｆ〇和ＡＤ０７Ｐ山Ｖａｌ（ｒｅ）发送地址值到ＡＤ，然后调用ＡＤ０７ＳｅｔＩｎ把ＡＤ设置为输入表示＿Ｊｇ＿＿（）要从ＡＤ读入数据，执行ｎｏｐ〇等侍有效地址值被正确读取之后调用ＣＰ＿ＲＤ＿Ｏｆ〇把ＣＰ２２００接收引脚置低电平读取数据，之后将读到数据赋给ｔｍｐ，最后调用ＣＰＲＤ＿Ｏｎ（）和＿ＣＰＡＬＥＯｎ一把ＣＰ２２００恢复到初始化状态，完成次读操作。＿＿〇ＷｒｉｔｅＲｅｇ函数用于向特定地址寄存器写入相关信息，参数为寄存器的地址和所需写入的数据，无返回值。函数首先调用ＡＤＯＪ７ＳｅｔＯｕｔ〇将ＡＤ设置成输出，为了滴保处于正确＿工作状态再调用ｎｏ，么后调用ＡＤ０７ＰｕｔＶａｌ（ａｄｄ）发送地址到ＡＤ，ｐＯ等待硬件准备完成＿＿然后调用ＣＰＡＬＥＯｆ和ＣＰＷＲＯｆＥ和写引脚置低电平，然后调用＿＿〇＿＿〇将ＡＬＡＤ０７ＰｕｔＶａｌ（ｄａｔａ）发送要写入的数掘到ＡＤ，最后调用ＧＰＷＲＯｎ〇和ＣＰＡＬＥＯｎ〇＿Ｊ＿＿＿＿２００一把ＣＰ２恢复到初始化状态，完成次写操作。－接下来先讲述典型Ｗ太网数据包，如图４１３所。其中示，数据字节的长度可从４６－１５００个字节，但必须保证峽不小于６４字节，否则就要补０操作Ｃ民Ｃ；峽校验字段采用校验。 扬州大学硕±学位论文＾前导帖）（８字巧＇＇目的ＭＡＣ地址【６字节）Ｗ太隱媽ＭＡＣ地址（６宇节）长度／巧据类型（２字巧）－数据内巧（４６１５００字节），ｆＣＲＣ（特节）、，４－图１３太网数据包ＣＰＣＰ２２００一在完成２２００初始化之后，就可Ｗ准备发送数据包了。提供了个简单接口，ｉ只需在缓冲区中加载源ＭＡＣ地址、目的ＭＡＣ地址、长度和数据内容即可。数据包中剩下其它字段，例如侦开始定界符、前同步码等，都是自动生成的。ＣＰ２２００在将需要发送的数据加载到发送缓冲区后，可通过使用自动写（ＡｕｔｏＷｒｉｔｅ）寄存器或随机存储器ＲＡＭ来完成，这里我们采用随机存储器法。在完成发送缓冲区中加载数据后通过向ＴＸＧＯ位写１来发送数据包。当数据包发送完成之后，会给出己发送的中断信息。发送时：，，按照下面步骤进行开始先对发送忙标志寄存器ＴＸＢＵＳＶ状态进行查询用于判断此时是否有发送数据包操作，当ＴＸＢＵＳＹ为０ｘ００时，没有包在发送；接下来把发送缓冲区指针ＴＸＳＴＡＲＴＨ：ＴＸＳＴＡＲＴＬ设置为０ｘ００００，然后把ＲＡＭＡＤＤＲＨ：ＲＡＭＡＤＤＲＬ设置为一０ｘ００００ＲＡＭＴＸＤＡＴＡ写入第：，往个数据字节，完成后ＲＡＭＡＤＤＲＨＲＡＭＡＤＤＲＬ重一此时需要检复加１，继续写入下个数据字节，重复直到写入所字节；，６４字节的包，必须将包补０操作填充至６４字节大小测包大小如果是小于；然后把ＴＸＥＮＤＨＴＸＥＮＤＬ设置一０ｘ００４０：个字节的地址，此值必须不小于全部字节成最后；当，ＴＸＳＴＡＲＴＨＴＸＳＴＡ艮ＴＬ０ｘ００００ＴＸＧＯ１，都写入后把：设置成，最后向写来完成启动一４－１４发送。如此就完成发送个化太网包，如图所示为其发送流程图。學等待前一＾包发送结束ＩＩ、—＾技巧结多ｘ没置发送度冲区指针０００００－—备玻古载Ａ发送廷再ＥＩ重畳发送缓冲区括针０ｘ０饥〇｜￣￣ｌｒ＝ＴＸＧＯｌ后动发涅ＩＣ壶４－图１４发送流程国 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧４７最后讲述ＣＰ２２００的接收。ＣＰ２２００集成４ＫＢ的ＦＩＦＯ循环接收缓冲区Ｗ及８个转换表缓冲区（ＴＬＢ），每次最多可存储８个数据包。其中每个ＴＬＢ入口存储接收包的起始地址、长度Ｗ及关于此数据包的其它信息。每收到数据包时，主控制器就会收到中断请求，响应此中断后主机可通过自动读接口读取数据包，把包中内容复制到自己ＲＡＭ中，也可Ｗ向ＲＸＣＮ寄存器的ＲＸＳＫＩＰ写１用Ｗ丢弃这个包，被丢弃的包还保留在缓冲区，但是新数据包的到来会将其覆盖。接收接曰有接收过滤器和Ｈａｓｈ表，用于阻止不希望接收的数据包被复制到接收缓冲区。主控制器可通过检查包中的特定字节Ｗ决定是否复制该数据包。。－在完成初始化后，ＣＰ２２００就准备接收数据包接收流程图如图４１５所示。广滿）■＇冲区ＸＹ＿Ｎ＾正确搂＾Ｙ读取包长度沖包＾；丫Ｙ读取数絕包Ｉ去清除缓冲区图４－１５接收流程图按照Ｗ下步骤操作，：读ＣＰＩＮＦＯＨ、ＣＰＩＮＦＯＬ寄存器的ＲＸＶＡＬＩＤ和ＲＸＯＫ位用来检查接收的包是否正确。若接收错误，即ＲＸＶＡＬＩＤ和ＲＸＯＫ位为０，则通过向ＲＸＳＫＩＰ写１丢弃该包，。若接收正确，即ＲＸＶＡＬＩＤ和ＲＸＯＫ位为１就读寄存器ＣＰＬＥＮＨ：ＣＰＬＥＮＬ得到包的长度，并申请读取数据包的空间；然后通过接收数据自动读寄存器ＲＸＡＵＴＯＲＤ来读取整个数据包，当整个数据包读完后，为了清除当前包的有效信息，需要往有效位清ＲＸＣＬＲＶ写一１除标志位，用于释放缓冲区接收下个包。如果缓冲区中还存在未读的字节，ＲＸＳ口Ｐ一１就向写丢弃包，将自动读缓冲区指针指向下个包的开始位置，如此就完成接一收个包。４．３．４．３ＴＣＭＰ协议簇的实现在ＴＣＰ／ＩＰ协议簇中，太网的数据传输使用ＭＡＣ地址来进行识别，其中，ＡＲＰ协议 ＾扬州大学硕±学位论文一完成ｉｅｅ８ＩＰ地址和ＭＡＣ地址之间的转换。在ＺｇＢ网络中每个节点都拥有自己唯的个字节的ＭＡＣ地址，而Ｚ１６，ｉｇｂｅｅ节点间的通讯采用位短地址节点入网后由协调器动态一分配１６位短地址Ｚｉｂｅｅ，，ＺｉＢｅｅ。为唯标识ｇ节点参考ＡＲＰ实现机制实现了短地址到ｇＭＡＣ地址的映射。实现过程如下：当传感器节点入网，协调器分配短地址，此时在协调器创建ＭＡＣ地址和短地址映射表，而当协调器收到传感器节点的数据时，在ＵＤＰ段中添一加此节点ＺｉｇｂｅｅＭＡＣ地址，这样主机能够根据此地化唯识别传感器节点。ＣＰ２２００接收－１６数据流程图如图４所示。开始）到数＾ＩＡＲＰ￣请求包＜ＩＰ数据包Ｉ＾将ＬＰ地ｉｉｔ解巧＾Ｉ＃ＫＣＭＰ睐乂ｌ为地址输层报文＞—■Ｉ＾Ｉ＇：：ＸＵＤＰ方式ＴＣＰ方式ＩＰ歷沪除接收数据接收数据＼１Ｉ，跳出中断（）４－图１６接收数据流程图ＴＣＰ－在本系统实现的／ＩＰ协议簇中，数据被按照层的顺序逐层进行封装，格式如国４１７所示。ｔ应用数据ｊＩｆＴＣＰ／ＵＤＰ报文段应用数据ＩｊＩＩ峨臟应臘据献网侦应騰据图４－１７数据封装流程图｛＾运输层为ＵＤＰ为例，为实现协调器节点与上位机之间的ＴＣＰ／ＩＰ通讯，在ＪＮ５１４８ＡＲＰ４－中嵌入了协议、ＩＰ协议、ＩＣＭＰ愤议、ＵＤＰ协议。工作原理如图１８所示。 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究＾ＵＤＰ应用端口运输层ＵＤＰ接收ＵＤ；发送Ｉ——两ＭＰ接政下反品化理１５＾罰网络层１１Ｉ＇’＼ＩＰ接收巧发送ＩＩＩ八，■ＭＡＣ层，！ＡＲＰ接收ＩＡＲＰ处理Ｕｒｐ发巧Ｉ＾＾＇Ｅ……―３ＣＰ２２００接收模块发送＾块Ｉ］Ｉ４－图１８ＴＣＰ／ＩＰ通讯流程图下面分別讲述在ＪＮ５１４８中是如何实现ＡＲＰ协议、ＩＰ协议、ＩＣＭＰ协议、ＵＤＰ协议的。ＡＲＰ４－５，口首先介绍数据倾格克其格式如表所示。其中硬件类型指明硬件接类型，太网的值为０ｘ０００１；协议类型：指明了发送方提供的高层协议类型，ＩＰ为０ｘ０８００；操，ＡＲＰ０ｘ０００１ＡＲＰ。作类型：用来表示报文的类型请求为，响应为０ｘ０００２表４－５数据侦格式硬件类型（２）协议类型（２）硬件长度（２）协议地址长度（２）操作（２）￣源网卡地址（６）源巧地址（４）目的网卡地址（６）目的ＩＰ地址（４）ＡＲＰ协议完成ＩＰ地址和ＭＡＣ地址的转换。由于在初始化中己经对ａｒｐ进行了初始化，所Ｗ本ＡＲＰ协议中所涉及的主要函数有：ａｒｐｒｅｕｅｓｔ、ａｒａｎｓｗｅｒ、ａｒｒｏｃｅｓｓ、ｕｄａｔｅａｒｔａｂ、＿ｑｐ＿ｐ＿ｐｐｐａｒｆｍｄｍａｃ，ａｒｒｅｕｅｓｔ识ＡＲＰｉＡＲＰａｒｒｏｃ其中别青求，ａｒａｎｓｗｅｒ做出应答、ｐｅｓｓｐ＿＿ｐｊｑｐ＿ｊｐ负责ＡＲＰ应答处理、ｕｐｄａｔｅａｒｐｔａｂ用于更新ＡＲＰ缓存、ａｒｐ＿ｆｍｄ＿ｍａｃ用于在ＡＲＰ缓存中查找指定ＩＰＭＡＣ映射对。每个主机都有ＡＲＰ缓存，用于存放ＩＰ地址和ＭＡＣ地址的映射。初始化时ＡＲＰ缓存总是设置为空，系统在每次发送太网侦时，都要通过调用ａｒｐｆｍｄｍａｃ函数先检查ＡＲＰ＿＿缓存里面是否有对应的ＩＰ地址到ＭＡＣ地址的映射，此时会出现２种情况：目的ＭＡＣ地址未知和目的ＭＡＣ地址已知。ＡＲＰ报文分请求和应答两种，当目的ＭＡＣ地址未知时，此时需要发送请求报文，需要调用ａｒｐｒｅｑｕｅｓｔ函数，就将在ＭＡＣ层执行封包操作，封装＿＇＝，８１３６３５＾０：！＾＾命令将首成的包为！＾太网广播顿封装成（＾太网峽发送时通过６３＜１血．６６８１＾）［］１０ｘ０００１，，部中的目的地字段全畳为，同时操作码字段也置为表示是请求报文最后通过调用ＣＰ２２０ｘＳｅｎｄ函数发送给主机，在发送包含发送方ＭＡＣ地址和ＩＰ地址的ＡＲＰ请求＿后，进入接收ＡＲＰ应答函数，当接收ＡＲＰ应答成功，于是该关联就会被通过调用ａｒｐｊｐｊｎａｃ保存在ＡＲＰ表中；当目的ＭＡＣ地址已知时，此时需要发送应答报克需要调用ａｒｐａｎｓｗｅｒ＿函数，此时需要封装单播侦，单播顿首部中目的ＭＡＣ字段要添加接收方ＭＡＣ地址，并将操作码字段置为０ｘ０００２，表示是应答报文，然后通过调用ａｒｐｐｒｏｃｅｓｓ函数解析ＭＡＣ地＿ Ｍ扬州大学硕±学位论文址并更新ＡＲＰ表中该项信息，最后通过调用ＣＰ２２０ｘＳｅｎｄ函数发送出去。在封装广播峽＿，ＭＡＣ地址ＩＰ地址和单播巾贞时除包含本身的ＩＰ地址与外，也会记录所要解析对象的。０８０６，倾类型字段值为０ｘ，表示地址解析协议硬件类型字段值应为１网传送，表示在太；０ｘ０８００Ｐ地址－协议类型的字段值为，表示为。ＡＲＰ处理流程图４１９所示。Ｉ出图―远台）厂收到ＡＲＰ报文Ｉ、＼ＲＰ报／＾参记家ＮＹ＂寺缓存新増当前设置目的ＭＡＣ为源ＩＰ记录源ｙｊ■太网地址————－今ＲＰ请石发送ＡＲＰ广播报文发送ＡＲＰ应答报文广结束图４－ＡＲ１９Ｐ处理流程图在获取目的ＩＰ的ＭＡＣ地址么后，就可Ｗ进行网际传输了，即进入网络层。评协议是ＴＣＰ协议找的核也，通过它可Ｗ使得处在不同网络的主机进行通信。它提供不可靠，无连接的传送服务。由于ＪＮ５１４８内存和资源的限制，本系统简化了ＩＰ协议，协议中复杂的分片和重组处理Ｗ及ＩＰ选路问题本文中均不进行考虑，本文中ＩＰ协议主要负＝ｎｅｔｂｕｆｅｔｈｅｍｏｃａ０ｘ０８００ＩＰ责对接收的数据报解包处理．ｒｆｒａｅ．ｒｏｔｌ包。根据ｒｘｄｐ验证得到后ＩＰｖ４目的地址，如果正确，则由此交给相应的。，检验ＩＰ头部的版本，高层协议处理一对于不同的高层协议发送数据，ＩＰ协议会对其完成个复用与分用的处理，本系统上层的协议只有两个ＩＣＭＰ和ＵＤＰ。Ｉ作为ＩＰ协议的子协议，ＣＭＰ协议最典型的用途就是差错报告，用于检测网络的连通情况。在ＩＣＭＰ协议中ｉｎ，最常使用的是回显请求和回显应答报文，用于实现此功能的是ｐｇ一一程序，本系统编写了个实现该功能的ｐｉｎｇａｎｓｗｅｒ函数，它发送个ＩＣＭＰ类型０ｘ０８回＿显请求到指定主机看到该回显请求的目的主机发一个类型舱００的ＩＣＭＰ回湿回答。回答；请求和应答报文格式如图４－２０所示。 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动腔测系统研巧５Ｊ＿￣￣￣￣ｍｆｗ校验和２（１字节）（Ｉ字节）（字节）标识符巧号选项数据４－２０图ｐｉｎｇ报文格式图类型字段标识报文类型，当用于回思请求，该值为０ｘ０８；当用于回湿应答，值为０ｘ００；代码字段指示不同子类型，当用于回显请求和应答，该字段为０；校验和字段为ＩＣＭＰ报文提供错误检测于将应答与请求对应起来。；序号字段用一ｗＩＣＭＰｎａｎｅｒ函数每收到个ＩＰ数据报，在数据报为报文的情况下，将调用ｐｉｇｓ，＿首先对数据报进行判断，包括用校验和计算报文的准碗性，还需构建回思回答，此时本机必须用所接收的回显请求的相同数据应答迭个请求报文，不同么处只是将数据报的源和目－的地址交换位置。该函数的处理流程图如图４２１所示。开始＾ｙ收到ＩＣＭＰ报文一验和套ｙ调用ＣＰ２２０ｘＳｅｉｉｄ发送＿扛圓…，—Ｉ结束〔）图４－２１ＩＣＭＰ报文处理流程图对于传输协议，本文选择ＵＤＰ协议。跟ＩＰ协议相似，ＵＤＰ协议也提供无连接、不可靠的服务ｏｒｔ。ＵＤＰ。由于加入ｐ的功能，使得ＵＤＰ协议可实现传输通道的复用和分用功能４－２２报文格式如图所示，ＵＤＰ首部有４个字新通过端口号可Ｗ使得目的主机将应用数据交给运行在目的端系统中的相应进程。 ？扬州大学硕±学位论文源端口号目的端口号Ｉ（２字节）（２字节）￣￣＾检验和（２字节）（２字节）数据图４－２２ＵＤＰ报文结构ＵＤＰ协议主要由ＵＤＰ接收函数ｕｄｐ＿ｒｅｃｖ和ＵＤＰ发送函数ｕｄｐ＿ｓｅｎｄ组成。ＵＤＰ数据包处理流程如图４－２３所示。ＵＤＰ接收ＵＤＰ发送＇＇ＷｉＣ）￣收挪ｐｊ￥￥｜进入ｐｕｄｐｓｂｕ德存—ｒ—否ＤＰＵ协ｉ＼／、、添加ＵＤＰ包头ｆ￣－￣提取参数ｒ＾＇添加。包头＾＊Ｙ＂１＾所需数据ｉ１Ｉｐｕｄｐｓｂｕｆ发送封装好＿—ＩＰ占．呼置位标志位ＣＭ）＇应Ｓ！处理＂ＨＴｉｆ结。图４－２３ＵＤＰ数据处理流程其中，ｕｄｒｅｃｖ负责接收ＵＤＰ数据包包后提取端口号、数据长度等参数，ｐ，将数据解＿并把需要的数据存入ｕｄｐｓｂｕｆ中，然后置位标志位，进入死循环中应用层处理程序处理ｐ＿数据。ｕｄｐｓｅｎｄ负责将数据发送到网络层，ＵＤＰ从应用进程中得到数据，附加上源端口号＿，，接着将检验和清０和目的端口号字段需要注意此时本地端曰号变为了源端口号，把采ＤＰ包的一集到的数据写入Ｕ数据区，并把ＩＰ地址添加到ＩＰ头部，此时需要计算次检验和，计算检验和时需要将ＵＤＰ首部和数据全部包含在内，最后发送封装好的ＩＰ数据包。４．４路由节点的软件设计在Ｍｅｓｈ网络中，路由器主要用于增加通信范围和转发传感器节点的数据。路由器节Ｊｅ、ＺＢ，点首先首先系统初始化，包括启动ｎＯＳ启动ｉｇｅｅＰｒｏ协议找巧始化结束后开始对，信道扫描，如果在信道中找到协调器节点就向其发送加入网络申请当协调器节点接收到路由器节点发出的加入网络请求，如果没有成功就重新申请加入。成功申请后，协调器判 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究＾一断是否允许该节点加入网络，加入成功协调器节点就会给路由节点发送个网络地址，利用这个网络地址可Ｗ让协调器有效的监控该节点的网络信息。在此之后，路由节点就可允－许其他路由节点和传感器节点的加入，并实现数据的转发。程序流程图如图４２４所示。Ｃ驾］１Ｔ监测有丢，＿￣＞＾＼、初始化协议找、＼数据信盧硬件ＩＩ＾ｋＩ数据发送给协调器Ｉｙ＼Ｎ＊—功加入网多＞Ｉ．’’｜皆进入无线监控状态图４－２４路由节点程序流程图本路由节点程序中，在加入网络执行完毕后，调用ＺＤＰＢｉｎｄｉｎｇＡＰＩ函数来实现设备间的绑定节点间提供一ｌＩＤＣ山ｓｔｅｒ，可在种逻辑上的对应关系，只有在相同的Ｐｒｏｆｉｅ和之间的输入输出关系相互匹配的节点间才能够进行绑定。绑定结束之后，设备节点间进行数据传递，其中数据传递则采用间接传递模式。４．５传感器节点的软件设计传感器节点主要就是负责采集农作物生长环境参数和位置信息并把其发送给路由节点转发或直接发送到协调器节点。传感器节点主要工作过程：首先进行系统巧始化，初始２＂化包括启动ＪｅｎＯＳ和；８６６？１〇协议找＼＾８＞１网络、对外设进行初始化、在托１１〇８§、加入中注册应用层任务。在完成这些工作后，调用采集函数对节点位置和环境参数信息进行采集，接着调用ＰＤＵＭ模块中函数对数据进行打包和发送。因此，根据Ｗ上过程传感器节点的软件设计将划分为加入网络、生长环境和位置参数采集和发送、节点的低功耗和智能组网等部分来说明。４．５．１加入网络传感器节点的加入网络任务首先需要初始化ＺｉｇＢｅｅＰｒｏ协议找和ＪｅｎＯＳ，初始化的进一Ａ程参照协调器节点。旦协议巧调用ＺＰＳｅｐｌＺｄｏＳｔａｒｔＳｔａｃｋ函数后，传感器节点将会图＿ Ｍ扬州大学硕±学位论文４－２５ＳｅＡ的过程加入网络ｌＺｄｏｔｒｔＳｔ。在调用ＺＰｐＳａａｃｋ函数后，传感器节点将会开始搜索网＿络，搜索网络的结果将会显示在ＺＰＳＥＶＥＮＴＮＷＫＤＩＳＣＯＶＥＲＹＣＯＭ化ＥＴＥ找事件中，＿＿＿＿接着节点会依据设置好的信道和ＥＰＡＮＩＤ来选择加入网络。开始０）初始化Ｚｉ巧ｅｅＰｒｏ协议巧和ｊｅｎＯＳ搜索网络＂＂＂＂＂加入网络Ｉ结束广图４－２５传感器节点加入网络流程图４．５．２环境和位置参数的采集和发送本节主要从软件程序上介绍传感器节点对农业大棚中±壤水分、ｐＨ值、二氧化碳、温湿度、光照度和与传感器节点定位相关信息的采集。对于作物生长环境参数的采集，在节点初始化ＺｉｇＢｅｅＰｒｏ协议巧和ＪｅｎＯＳ后，必须通过调用ｖＡＨＩＡｏｎｆｉｕｒｅ来初始化ＡＤＣ，其中包括是否使用模拟量外设、是ＡＤＣ＿ｐＣｇ否在转换完成产生中断、采样的时钟周期、设定时钟等参数。在进入ＡＤ中断后，通过调用ｖＡＨＩＡｄｃＥｎａｂｌｅ和ｖＡＨＩＡｄｃＳｔａｒｔＳａｍｌｅ来进行ＡＤ采样，其中前者用来设定ＡＤＣ的转＿＿ｐ换模式，、输入电压范围和输入源后者用来进行ＡＤ采样。本系统中的定位是一种基于测距的定位，所Ｗ对于传感器节点位置信息的采集，重点在于精准距离信息的采集。ＺｉＢｅｅ中进行测距主要有二种方法：民ＳＳＩ和ＴＯＦ，由于ＲＳＳＩｇ在距离较近时测距比较精确，ＴＯＦ在距离较远时候比骇精确，本系统采用二者结合的测距方法。传感器节点的测距需要调用的函数有ｖＡｐｐＡｐｉＴｏｆｌｎｉｔ、ｂＡｐｐＡｐ记ｅｔＴｏｆ、一ｓ３２ＡｐｐＡｉＴｏｆＧｅｔＣａｌｌｏｆｆｓｅｔｖＡＡｉＴｏ怯ｅｔＣａｌｌｏｆｆｓｅ，ＴＯＦｐ和ｐｐｐ执行次测量的程序流程图如４－％所示图。 ＺＢｅｅ的胡泮基于ｉｇ农业大棚的移动监测系统研究＾巧ＰＴＯＦ初始化力逆——配置时间偏鞍ＴＯＦ测量＜测量成数据处理数据发送束辟ｊ＇图４－２６传感器节ＴＯＦ测量流程图所有传感器节点在调用ＴＯＦ函数么前都需要调用ｖＡｐｐＡｐｉＴｏｆｌｎｉｔ画数进行初始化，送个函数被用来启动ＴＯＦ机制。为了补偿由于系统的信号延迟而引起的时间偏移，可通过调用ｓ３２ＡｐｐＡｐｉＴｏｆＧｅ记ａｌｌｏｆｓｅｔ和ｖＡｐｐＡｐｉＴｏ巧ｅｔＣａｌｌｏｆｆｓｅｔ这二个函数来校准所有调用ＴＯＦＡＰＩ的设备引起的时间偏移，前者用来获取所有ＴＯＦ测量所需校准的时间偏移量，后者用来设置把校正的时间偏移量施加到所有ＴＯＦ测量中，此偏移量在皮砂级。ｂＡｐｐＡｐｉＧｅｔＴｏｆ一２５＊这个函数被用来发起到另个节点的最多可达５次的ＴＯＦ测距，它包含ｐＴｏｆＤａｔａ、＊Ａ＊瓜一ｐｄｄｒ、ｕ８ＮｕｍＲｅａｄｉｎｇｓ、ｂＤｉｒｅｃｔｉｏｎ、ｐｒＴｏｆＣａＵｂａｃｋ这些参数。其中，ｐＴｏａｔａ指向＊一个结构数狙来保存ＴＯＦ数据；ｐＡ加ｒ为指向个将执行ＴＯＦ目的设备的地址结构，此地＇址可臥是６４位＾１＾０地址，也可＾＞６１８抓１１１民６３加８０？测！＾是１位网络地化１巧指示了执行１量的次数；祀ｉｒｅｃｔｉｏｎ指示了测量的方向，包含ＡＰＩＴＯＦＦＯＲＷＡＲＤＳ和＿＿ＡＰＩＴＯＦＲＥＶＥＲ犯二个参数，分别表示从本地到远程节点和从远程到本地节点的测量；＿＿订ｏｆＣａＵｂａｃｋ一ＴＯＦＴＯＦＰ指向个测量完成后的回调函数。为了存放测量的数据，定义了一个结构体ｔｓＡｐｐＡｐｉＴｏｆＤａｔａ：＿ｔｙｐｅｄｅｆｓｔｒｕｃｔ｛ｉｎｔ３２＾２Ｔｏｆ；ｉｎｔ８ｓ化ｏｃａｌＲＳＳＩ；ｕｉｎｔＳｕＳＬｏｃａｌＳＩＱ； ％扬州大学硕：ｂ学位絶文ｉｎｔ８ｓＳＲｅｍｏｔｅＲＳＳＩ；ｕｉｎｔＳｕＳＲｅｍｏｔｅＳＱＩ；ｕｉｎｔ３２ｕ３２Ｔｉｍｅｓｔａｍｐ；ｕｉｎ１８ｕＳＳｔａｔｕ；ｓ；ｔｓＡＡｉＴｏｆＤａｔａ；｝ｐｐｐ＿其中ｓ３２Ｔｏｆ指示了ＴＯＦ测量值，单位为皮秒；ｓＳＬｏｃａＩＲＳＳＩ和ｓ８ＲｅｍｏｔｅＲＳＳＩ指示了ＳＳｌ本地节点和远程节点测量的民Ｉ值；ｕ化ｏｃａＳＩ和ｕ８ＲｅｍｏｔｅＳＩ指示了信号质量指数ＱＱ；ｕＳＳｔａＵｉｓ返回ＴＯＦ测量是否成功。ｕ一当程序监测到８Ｓｔａｔｕｓ这个编程为成功时，说明成功完成了次ＴＯＦ测量，开始进行数据处理，主要是根据测得ＴＯＦ和ＲＳＳＩ参数计算出节点间距离日调，。借助串试助手在３５－、ＲＳＳＩ二４２７，实验室实测．ｍ的距离通过ＴＯＦ种方法测得的距离数据结果如下图所示可发现二张测距误差比较大。说明如果直接对测得的数据进行处理是不可行的，需要对测得的数据进行处理再进行计算距离，具体处理方法将在第六章详细说明。一—＇‘ｉ兹時宰ｉ識ｆ；３４ｂＷ滿显化＊化化＂Ｓｔ化校验度；……，＾＃巧Ｔｏ？Ｃｓ）ＬｃｌＲＳＳＩＬｃｌＩ巧ＲｆｌｌＲＳＳＩ咕ＥｍｔＳｉｍｅｓａｍａｔｕｓ巧数華泣２ＩＩ１ｐ哨刪巧！１的咐Ｔｔｐ哨ＩＳｔＩ梦Ｊ重０持记位禹沪１６３４３４０２４５８６２４９６３７９１１２１１１２７８１４０２３９酣２４０邑３７９３７巨１’蕾：龄２１４４３８４１２５１８６巧２６３７９６４０１？Ｕ：；六巧伸劳；：江３化５９３４０２化巧巧２６３７９８８４１：—中－６２４８１１４１２巧８６２巧８３８０１０８１清空巧收区舞巧侵５１１１８７４０２４８８６２５３６３８０２９２１己！巧９３４０２４０８６２巧６３８０５５６１惇止显巧；７７２５０４０２５５郎２５２６３８０８２０１－Ｉ８可１１３１２４１２巧８６２５２６３８１０６４１弁ＡＶ曰巧工９巧Ｗ４１２班如２５５６３８１２６８１Ｉ：ｒ进翻显示－：ｊ．ＶＳｔａｎ地ｅｖ（ＴｏＦ）；巧１８ｐｓＭｅａｎｏＦ：１２４５８ｓＥｒｒｏｒｓ０，订）ｐ，：ｊｔ；巧存显示巧巧！巧ＯｉｓｔａｒｃｅＣｌｏＦ）：３巧ｃｍＨｉｓｔ化ｃｅＣＲＳＳＩ）：２４１Ｓｃｍ巧．ｊＣ：＼Ｃ０（ＳＤＡＴＡＩ语空重巧发审的宇符／数是非十六溢制发送窃桌是ｉＩ｝ｒ自劲发送烟娜據后重选）．……‘……－＞體！Ｔ麵—＾糖…‘誌发運巧巧选猩汾車：：誦韓爭凑璋斟电皂送词巧童按體单阁，；；］一——一‘‘：巧监：扣帕日，拉：１祀较：奋由１中）劉巧师Ｄ．示巧ｒ活零｜Ｉ．Ｉ计巧ＩＩ居．已看ｆｔ４－Ｚ７３图．５ｍ测距实验’在采集完所需数据参数后，就需要把所采集的数据发给目的节点。本系统软件设计中＊编写了２个发送函数：ＳｅｎｄＤａｔ犯Ａｄｄｒｌ６ｕｉｎｔ８ｂｕｆ，ｕｉｎｔｌ６ｌｅｎ，ｕｉｎｔｌ６ａｄｄｒｌｙ（句和＊ＳｅｎｄＤａｔａＢＡｄｄｒ６４山ｎｌ：８ｂｕｆ，ｕｉｎｔｌ６１ｅｎ，ｕｉｎｔ６４ａｄｄｒ６４。１６网络ｙ（）前者根据目的节点的位地址发送数据，后者根据目的节点的６４位ＭＡＣ地址发送数据。这二个自定义封装的发送数据函数主要调用了ＺＰＳｅＡｌＡｆＵｎｉｃａｓｔＤａｔａＲｅ、ＰＤＵＭｉＡＰｄｕＡｌｌｏｃａｔｅＡＰｄ山ｎｓｔａｎｃｅ和＿ｐｑＪＰＤＵＭｕｌ６ＡＰｄｕＩｎｓｔａｎｃｅＷｒｉｔｅＮＢＯＡＰＩ，这个函数使用远程节点的网络地址将数据Ｗ单播＿一方式发送到个远程节点。由４．２丄２节知，无线网络中的节点之间的通信是使用含有应用数据的消息来实现，该消息包含该数据的部分被称为应用防议数据单元（ＡＰＤＵ）。数据在 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧５Ｊ＿一阳Ｕ中可Ｗ通个Ａ过调用ＰＤＵＭ函数ＰＤＵＭＪｈＡＰｄｕＡ化ｃａｔｅＡＰｄ山ｎｓｔａｎｃｅ进行分配，然ｕ一旦发送的数据已经达到目的后通过调用ＰＤＵＭｌ６ＡＰｄｕＩｎｓｔａｎｃｅＷｒｔｅＮＢ０ＰＤＵ。ｉ写入Ａ＿一地的第一ＳＥＶＥＮＴＡＰＳ跳节点，将在本地传感器节点上生成个ＺＰＤＡＴＡＣＯＮＦＩＲＭ事＿＿＿＿件，通过查询此事件的返回值，可Ｗ得知数据发送的情况。４．５．３智能组网机制ＷＳＮ网络节点的所需要操作的数据通常存储在内部ＲＡＭ中，这些数据包括网络参数和应用程序数据等。但是当中断电源（例如电源故障或更换电池）时，通常送些数据会丢失，ＺｉｅｅＰｒｏ。为了使节点从电源中断到恢复还可提供连续性服务班协议规定必须把数据存储备份在ＮＶＭ中。这样该数据可在重新启动之后的恢复应用数据，并且允许节点恢复－其在网络中的角色。存储和数据的恢复可Ｗ使用ＰＤＭ模块来处理，其处理过程如图４２８所示。首次启动＾——ＰＤＭｖＳＨＦＩａ油Ｃｏｎｆｉ＿ｇＯｒｊ￣＞ＰＤＭｖｉｔＩｎ＿〇１ＩＩ＾启动冷后动ｉＩＰＤＭｖＬｏａｄＲｅｃｏｒｄＯ休眠后掉电后Ｉ宿动启动＾ＰＤＭｖＳａｖｅＲｅｃｏｒｄ（）＿ｏｒＰＤＭｖＳａｖｅ（）＿４－２８图ＰＤＭ处理过程节点加入网络后，就会通过调用ＰＤＭｖＳａｖｅＲｅｃｏｒｄ函数保存网络参数，便于断电后＿通过调用ＰＤＭｖＬｏａｄＲｅｃｏｒｄ函数在再次上电时快速加入网络，但是有时由于天气等不确＿定因素导致节点的损坏或者需要増加协调器功能需要重新烧写协调器节点程序、更换协调器节点或者传感器节点ｖＤｅｌｅｔｅ，但是多次擦除，虽然可Ｗ通过调用ＰＤＭ擦除网络参数＿一一Ｆ一ｌａｓｈ对益片是有害的，而协调器节点只有个，传感器节点通常数量比较大，如果个一个拆开传感器节点，，再重新烧录传感器节点程序，将会非常麻烦这就需要设计出种智能姐网机制，此机制应具有Ｗ下特点：１．协调器和传感器都处在正常状态下，为了保证数据发送的完整性，传感器节点发送 ＾扬州大学硕古学位论文数据在收到目的节点回应ＡＣＫ才方可正常断电；２．更换协调器或者重新烧录协调器程序后，传感器节点发送数据即使未收到目的节点回应ＡＣＫ也可断电，Ｗ避免持续等待ＡＣＫ引起裡电池电源的浪费；３．更换协调器或者重新烧录协调器程序后，会导致传感器节点无法入网，节点可识别无法入网并删除保存的网络参数并断电，Ｗ使得休眠后再次上电可重新组网。レ通过借助串口调试助手，发现在ッ上所述情况时，节点会触发相应事件：一在协调器和传感器节点均正常情况下，传感器节点第次上电后会上传：ＡＰＰＳｔｔｉＺＰＳ：ａｒｎｇ；ＡＰＰ＾ｎｅｘｐｅｃ化ｄｅｖｅｎｔｉｎＥ一ＮＥＴＷＯＲＫ—ＤＩＳＣＯＶＥＲＹ；ＡＰＰ：ＮｏｄｅｒｅｏｎｅｄｎｅｔｗｏｗｔｒＯｘＸＸＸＸｉｒｋｉｈＡｄｄｊ；ＡＰＰ：ＡＰＰｔａｓｋＥｎ沁ｏｉｎｔ：ＺＰＳ＿ＥＶＥＮＴ＿ＡＰＳＤＡＴＡＣＯＮＦＩＲＭＳｔａｔｕｓ０Ａｄｄｒｅｓｓ＿＿＿，ＯｘＸＸＸＸ。在协调器和传感器节点均正常情况下，传感器节点第二次上电后会上传：ＡＰＰＲ－ｔｔＳｔａｃｋ：ｅｓａｒｉｎｇ；ＡＰＰＣｈ＝ｔＥｖｔＳＥＶＥＮＴＮＥＷ：ｖｅｃｋＳａｃｋｅｎ：ＺＰＰＯＬＬＣＯＭＰＬＥＴＥｓｔａｔｕｓ２３５，；＿＿＿＿ＡＰＰＡＰＰ犯ｏｉ：ａｓｋＥｎｎｔ：ＺＰＳＥＶＥＮＴＡＰＳＤＡＴＡＣＯＮＦＩＲＭＳｔａｔｕｓ０Ａｄｄｒｅｓｓ，ｊ＿＿＿＿ＯｘＸＸＸＸ。在更换协调器或者重新烧录协调器程序，而传感器节点不变的情况下，传感器节点第Ｈ次上电后会上传：ＡＰＰ－：ＲｅｓｔａｒｔｎＳｔａｃｋｉｇ；ＡＰＰＣｈ＝ＷｔＥｖｔＺＰＳＥＶＥＮＴＮＥＷＰＯＬＬＣＯＭＰＬＥＴＥｔ：ｖｅｄｃＳａｃＩｃｅｎ：ｓｔａｕｓ２，；＿＿＿＿ＡＰＰＡＰＰｔＥｉｔＺＰＥＶＥＮＴＡＰＳＤＡＴＡＣＯＮＦＩＲＭＳｔｔ２：ａｓｋｎ姬ｏｎ：ＳａｕｓＷ。＿＿＿＿＿＿根据上机制特点和串曰调试助手显示所触发的事件４－２９，智能组网程序流程图如图所示。传感器节点上电进行初始化ＺｉｇＢｅｅＰｒｏ协议梭和ＪｅｎＯＳ后，就开始组网，组网完毕后，调用ＰＤＭｖＳａｖｅＲｅｃｏｒｄ函数保存网络参数，Ｃ／ＤＣ苍片电压达到稳定需＿同时由于各Ｄ一要７０ｍｓ，为了节能，延时段时间后开始采样数据，采样完后就通过ＳｅｎｄＤａｔａＢｙＡｄｄｒｌ６或者ＳｅｎｄＤａｔａＢｙＡｄｄｒ６４发送测得的数据，发送后开始计时，如果１０ｓ內收到回应ＡＣＫ，则正常断电；如果未收到ＡＣＫ说明网络出现问题，可能出现了更换协调器或者重新烧录协调器程序的情况，开始调用ＰＤＭｖＤｅｌｅｔｅ删除网络参数，并开始删除计时，当计时到＿１０ｓ后，表示删除完毕，传感器节点就可正常断电，下次继续上电时候，传感器节点就可重新组网。 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系绕研究５＾到ＡＣ＞初始啡ｅｅ＾＾Ｐｒｏ和ＪｅｎＯＳＮ删除网络参数点入咬＞．．删除计时保存网络参数ｆＩ延时７〇ｔ冻样Ｉ—＾发送品■＂１￡－‘Ｌ＞ｔ＾发送计时￣ｃｉ＾１ｊ图４－２９智能组网程序流程图４６．软件调试组态王由于其强大的画面显示组态功能、良好的开放性、丰富的功能模块等特点，被－越来越多应用于实时监控和分布式控制４３０和４－３１。图显示了本系统所监测数据成功显示于组态王中４－３０。本文中组态王软件由项目组其他成员编写。图显示了大棚中温度、湿二Ｈ值４－３度、光照度、氧化碳浓度、止壤湿度、止壤ｐ等数据实时参数；图１显示了大棚一环境参数个小时监测数据趋势曲线，有利于农业管理人员更好做出管理决策。阜宁现代农业产业园区智能化系统累闲控刺．ｍｍ愁毅；敎棘〇湛化＾防；总；；ｉｌｌｇｒ胀＾＾Ｗ．－‘／之’雪气次衣去覆巧換錄：言化－’－产＊＊麵＇少一二一户Ｔ占－么错Ｉ？哪為：省在！么；，；，、：－／－：－論‘；命二柏。＂抑麵，夫结戸／／三二，先／－械婦；＜，公乂＿品、多／１／ｆ技｜ｉＺ．ｉ｜；化？Ｗ１＂化Ｍ動Ｃ＂巧’，，加巧；调＂巧Ｍ姆ｉｌ續刚．Ｏ０陳０托许Ｃ巧巧巧巧俾Ｑ誠Ｑ执英巧■劇巧油锁巧：；；劇化！巧樹；．巧；忌宙讶活樹／細！；就留６巧巧；ｊａａＲ？？？ｉ０ＨＲ城瞒１補麵１２蝴》蝴ｉ’巧繳；＞＾３；Ｗ板巧！０００〇０脚巧〇＾…載．ｊ’就一—Ｖ说，ｉ翔猶害＇换＇谢／詢賊微劇．试；锐細１軍！！图４－３０大棚内实时环境参数图 扬州大学硕±学位论文＾＇—ｒｉ宁现化农业产业园区智能接？巧巧挺’街！命＾滿牛权巧巧立迎｜，巧巧煮。．滿巧？搂巧Ｕ退出Ｉ－、ｉ钟；＊？：－－、；＾ｒｌＷｗｉｖｖｉｍｉＴＳｘｕＭｔｉｓＫｉｍｉｒｍｉｗｉｓ；濟。：巧《４＆好＆？？．ｆｃ？々水弟Ｉ小Ｈ乐自＆６０．０Ｔ％Ｋ域二ＴＯ．Ｍ＊；ｉ：ａ＾未？区＊１１．￣＇化Ｍ．８ＫＷ曲化２？ｌ记夺．说一細度Ｍ’甲５Ｋ＊．的Ｕ＊：－：。：石凹２含ＩＩ＊６０加４；记；．３２ＰＰ＊：，ｎ＾…＇？押化＊＊＊口化姐．９愤腳）縣：化ＭＸｒ｜：＇？ｑｈ—掘区ｇｊｙｉ上ｆ区＜３巨＜３反ｊｊＩ？．．谢＃ｗ＃‘资巧ｖｗ巧＂总々宙皮ｔｏｚｓｓｒ化巧１小林巧？巧々出式＂＇誦绿－——－．．，■？；｜ｙ斬１；：Ｉ１ＩＩ骑神，，Ｉ１５５０Ｑ－－ＳＯ．－３Ｍ，出拍１００００３８Ｂ０１Ｊ■？砂ｇ－３２－７０．１巧加Ｗ（？ｉ－巧－６０－ＷＳ－１如叫朔Ｊ７－＿＿，口５阳－２日加’．１田出－１〇０〇ａ，４，０．．做０巧０－加－０扫ｅｏｏ－。０－５００３．５－這４曲巧邮－－＜－－！１Ｃ扣ｎ．｜；＇１１１！１１０００ＩＪＩＩＩＩ；０＊，１：站０２Ｍ３８钻拘巧分０口Ｍ８怖０—１）４（分）—－—－巧Ｉ？＞？＊？＇／％？巧ＷＳ．？ｙ触／ＷＷ沿Ｅ拍的：班涅ｆＣＯ巧■ＣＯＳｉＪｔＰＨｆｌＰＨ家講Ｉ４－３图１生长环境监测图 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧＾５传感器节点的测距、定位一ＧＰＳ一，些定位中，个简单的方法是给每个节点安装全球定位系统（但是这也存在）ＧＰＳ的ＧＰＳ会ＰＳ弊端：首先，价格不菲，Ｇ，为节点配置造成节点成本的大幅増加；其次在室内等遮挡严重的环境下，定位效果不好，ＧＰＳ；另外的配置会增加传感器节点制作的—难度，并且加大节点的功耗。因此在ＷＳＮ中ＧＰＳ般不会大范围使用。一基于ＺｉｇＢｅｅ的移动监测系统研巧中的定化是种基于测距的定位。Ｚ邮ｅｅ中进行测距主要有二种方法：ＲＳＳＩ和ＴＯＦ。下面简要介绍下这二种测距方法的原理：ＴＯＦ一ｌ２，测距的基本原理：位置未知节点ｍｏｄｅ向已知位置节点ｎｏｄｅ发送个数据包一ｏｄｅ２１当ｎ节点收到数据包时，会立即回复个确认来响应此数据包ｏｄｅ。设位置未知节点ｎ向已知位置节点ｎｏｄｅ２发送数据包到接收到回应时间为Ｔｒｅｅ；已知位置节点ｎｏｄｅ２从收到未知节点ｎｏｄｅｌ发来的数据包到已知位置节点ｎｏｄｅ２做出响应时间为Ｔｒｅｐ。那么可Ｗ用Ｔｒｅｅ的总时间减去Ｔｒｅ的响应时间就是数据包在双方节点间飞行的总时间，记为Ｔｔｏｔ。假设在每ｐＩ个方向上飞行的时间为Ｔｔｏｆ；，贝ＪＴＴ－Ｔｒｅｃｆｅｔ〇ｔ一ｐＴ＿２２－（５１）当计算完ＴＷ后，则可Ｗ计算出距离Ｄｄｉｓ；Ｄ二Ｔ乂Ｃ二ＴＸＣ化ｔｏｆ－（３２）Ｃ３ｘ－式中，代表光速，为ｌ〇ｍ。ＴＯＦ测距原理＾＾５１所示。＾＾ｆ１＼Ｊ［－－Ｉ声５－图１ＴＯＦ测距原理图ＲＳ別测距的基本原理：信号在信道中传播，其信号能量强度是随着信号传播距离而衰减的，，基于ＲＳＳＩ的测距技术就是根据这个特点，通过发送方的发射信号强度及接收，方收到信号的强度计算出信号的传播衰减损耗，然后使用理论或者实测的信号传播损耗模型Ｉ来估汁接收方和发送方之间的距离。其计算公式为：ｆｍ－ＲＳＳｉ＾＾＾ＬＪ＝０Ａｂ．０２ｘｌ〇（５３）民ＳＳＩ的测距方法由于信道环境是实时变化的，信号传播损耗模型很难完全匹配实际情况，另外，由于噪声、多径效应、非视距关系等条件的变化使得实际接收到的信号强度存在比较大的误差。ＴＯＦ的测距方法精度高，但对时间同步要求严格，需要额外的硬件辅助。 ＾扬州大学硕－上学位论文由于这些缺陷的存在，如果把ＴＯＦ，ＡＰＩ测得的数据直接进行计算距离肯定误差会大，这就需要对测得的距离的数据进行处理Ｗ减小误差，为了实现减小误差，将采用ＢＰ、ＲＢＦ和ＳＶＭＨ种机器学习方法对测得的数据进行处理。ＩｍＯ６５ｍＴＯＦＲＳＳＩ选取步长，测量ｍ到的，参数各２０次，把毎个步长的参数分别取平均值，发现数据直接放入神经网络训练神经网络不收敛。巴特沃斯滤波器在线性相位、５８１［衰减斜率和加载特性Ｈ个方面具有特性均衡的优点，因此在实际使用中，己特沃斯滤波器已被列为首选，本系统所Ｗ采用２阶己特沃斯低通滤波处理数据。巴特沃斯低通滤波器的幅频恃性模平方为：２＝—＾－ＡＣｗ（５－４）／）７｜｜＾１＋＝其中，ｎ为滤波器的阶数，Ｗ。为低通滤波器的截止频率，当ＷＷｅ时，幅频特性模平－方为１／２，所ＷＷｅ是滤波器的电压３犯点或称半功率点。调用Ｍａｔｌ化的信号处理工具箱己特沃斯滤波器的画数ｂｕｔｅｒ，选用二阶低通滤波，并３－，５２ＴＯＦＲＳＳＩ曲迭巧次得到如图和线，经过比较标准曲线、未处理过曲线和处理过曲线，可Ｗ看出处理过的ＴＯＦ和ＲＳＳＩ数据平滑并接近标准距离对应的ＴＯＦ和民Ｓ別数据。８０１１Ｉ１Ｉ１ｓｔａｎｄａｒｄＪ２０－－ＲＳＳ未处理ＩＪＪ处理过ＲＳ幻ＩＱＩＩＩ！１Ｉ０１０２０３０４０５０６０７０ｄｉｓｔａｎｃｅ５Ｘ１〇３２－－．５—謂娜ｔｏｆＪ舶，，Ｊｕ０１０２０３０４０５０６０７０ｄｓａｎｃｅｉｔ－２己特沃斯滤波器处理后ＴＯＦ国５ＲＳｙ数据图对于多输入量的测距，，并没有具体计算公式实现距离预测所Ｗ在后续数据处理中加入机器学习方法，实现对距离的预测。下面分别从ＢＰ神经网络、ＲＢＦ网络和ＳＶＭ网络Ｈ种处理方法讲述。 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究？５１ＢＰ．神经网络处理ＢＰ神经网络实现５－３ＡＰ用预汲斷输入样本流程图如图所示。首先把ＴＯＦＩ采集到的ＴＯＦ、艮ＳＳＩ参数采用己特沃斯低通滤波进行滤波，滤波后对各距离参数进行取平均值，并按照奇数偶数分为二组。奇数组数据用来给ＢＰ神经网络学习，此时奇数ＴＯＦ、ＲＳＳＩ参数作为输入，奇数实际距离参数为期望输出ＢＰ，此；偶数组数据用来给神经网络训练拟合时偶数ＴＯＦ、ＲＳＳＩ参数作为输入，ＢＰ神经网络训练的结果为输出距离。ＢＰ￣、Ｉ＾奇数结一Ｌ＞ｆ学３，，Ｌ—？ＴＯＦ￣—采集、ＲＳＳＩ滤波Ｊ取平均値预測值ＩＩ４Ｉ－－＞偶数组Ｊ训冻Ｉ１ｊ＾Ｊ５－３图ＢＰ神经网络拟合距离流程图ＢＰ神经网一络属于前馈型神经网络的种，是包含多个隐含层的网格，具有处理线性不可分问题的能力。ＢＰ神经网络所使用的激活画数是Ｓｉｇｍｏｉｄ型可微函数，所Ｗ它在函数模一ＢＰ一拟逼近、模式识别等方面得到了重要应用。神经网络的隐含层可Ｗ为层或多层，个包含２层隐含层的即神经网络的拓扑结构如图５－４所示。输入层隐歲层输出层图５－４ＢＰ神经网络结构图ＢＰ算法是一ｉｎ种监督式的学习算法．．．ｐ，。其主要思想为：对于ｎ个输入学习样本；Ｐ＂ｉＴｎＡｉ己知其对应的输出样本为Ｔ．．．。学习的目的是用网络的实际输出．．．Ａ与目标适量１。ｉＴＴ＝之间的误差来修改权值，Ａ（１２护尽可能接近．．．使１，，．．．，ｎ）与期望，即使网络输出层的误差平方和达到最小。它是通过连续不断地在相对于误差函数斜率下降方向计算一网络权值和偏差的变化，从而逐渐逼近目标。每次权值和偏差的变化都与网络误差的一响应成正比，并Ｗ反射传播的方式传谨到每层：。算法推导如下１．变量定义在Ｈ层ＢＰ网络中，，输出层神经，假设输入神经元数量为Ａ隐含层神经元数量为Ｂ元数量为Ｃ。输入层第ａ个神经元为Ｘａ，隐含层第ｂ个神经元为ｋｂ，输出层第Ｃ个神经元。为ｙ＂从ｘａ到ｋｂ的连接权值为Ｗａｂ，从ｋｂ到ｙｃ的连接权值为ｗｂｃ隐含层传递函数为＾ｇｍｏｉｄ一一函数（可微），输，输出层传递函数为线性函数。上述网络接受个长Ａ向量输入出个 Ｍ扬州大学硕±学位论文一长为Ｃ向量。用Ｕ、Ｖ分别表示每层的输入与输出。网络实际输出为：ｒ＂＝ｖ－．．．（５５）．［，，啥（）省［网络的期望输出为：＝－ｄｎｄｄ．．５）．．ｄ（６，，｛）＼＾＾＾＼第ｎ此迭代的误差为：＝－ｅ＂＂－＾。（５７）ｒ（）４（）Ｕ）将误差能量定义为：£＂＝。－苗（５８）（）击玄（）＾＝Ｃ＼２．信号正向传播ｉ隐含层第个神经元输入等于Ｗ的加权和：＝－（５９）口＝１？假设ｆ（巧Ｓｉｇｍｏｄ画数，输出层第Ｃ个神经元输出为：Ｂｆｆｙ。＝ｗ－嗦公ｎ／２Ｍ（５１０）（）２］６ｃ（）（４（））６＝ＶＶ１ＪＪ输出层第ｃ个神经元的误差：＝－６＂＂内－（５１１）。（）式（）＾（）网络总误差：６。＝。－（５１２）（）狂別）３．误差信号反向传播在权值调整阶段，沿着ＢＰ神经网络逐层反向进行调整。１（）首先调莖隐含层与输出层权值Ｗｂｃ。根据最速下降法，应计算误差对Ｗｂｃ梯度，再沿反方向调整：＿么Ｗ＝－。（５１３）＊州號＝＂－Ｗ＋１Ｗ？＋Ａｗ。（５１４）６ｃ（）ａｃ（）６ｃ（）梯度值为：－＝６＂＂（５－容。１５）＾＾。（）批（）＾（）权值修正量为：＝ｅｖ。－ＡｗＷ＂（５１６）＊ｃｅ（）＾）（２）误差信号向前传播，对ｗａｂ进行调整： 胡泮基于Ｚｉ班ｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究＾細＝Ｖ－碱（５１７）。＊如）＾６．其中，为局部梯度＇＝。－诗／為Ｗ（５１８）（）＆Ｃ（店《＝ＣＩ用Ｍａｔ：ｌ化实现ＢＰ神经网络训练拟合需要设置的参数有隐含层节点数、学习率和训。，练目标等其中隐含层节点数对网络性能影响很大，虽然较多的隐含层节点数可Ｗ带来，。更好的性能但会导致训练时间过长，并不适合实时性要求较高的系统本系统采用经验＝３０，公式：Ｍｌｏｇｎ来确定隐含层节点数，其中ｎ为输入层神经元个数，本网络中ｎ为，５所选取隐含层节点数为。ＢＰ网络对于学习率的选择是比较敏感的，学习率过大，算法可能振荡不稳定；学习率过小，，贝！收敛的速度较慢，训练时间较长。基于Ｗ上规则及多次调试当隐含层节点数为Ｉ５－１，０２化３４５５时，学习率分别选取０．，，０．时ＢＰ神经网络拟合曲线如图所示。７０．１１■１７０，．．，，１，ＩＩＩＩＩＩ１ＩｉＩ＇ＩＩＩＩＩＩＩＩＩ■－６０１１＋１＂６０１１Ｉ１———―…ｓｏ—寸＾５。．—－－－－冬―－：…－Ｉ十＾十广］＾他…－……－…———－４。—……户——－…十１１＾１少ｉ１－３０１１３０＾［若１Ｔｆ１１１＾－２０１２０１ｒ１１Ｉ１－￣－－＋１０－乂＿１寅实值１—测量值—－—１！ＩＩ；Ｉ１测量值１１１１〇１１ｌ±Ｊ〇Ｉ１Ｉ０５１０１５２０巧如０５１０１５２０巧３０（ａ）学习率０．１（ｂ）学习率０．２７０７０．．．，．１ｒ１１１，）ＩＩＩＩＩ］ＩＩＩＩ－６０－１１＼１（６０１Ｉ１１－－－—５。—…４…／木…５。管！斗如ＩＩＩＩＩＩＩ／Ｉ／４０４０；Ｔ１１Ｈ１－－—３。－－－－—…十叫十十叶—２０－－－ｒ１２０１１戸巧Ｉ１１—－—————真实值—１０＾ｔ１０Ｉ＋真实值—＾测量值—ｉ；！Ｉ；ｉｉ测量值°００５１０１５２０巧孤〇５１０１５２０２５如０．４（ｃ）学习率０．３（ｄ）学习率５－５图ＢＰ神经网络拟合曲线５－表１比较了不同学习率收敛次数、准确率排名化及时间消耗排名。表５－１不同学习率比较－０１０２３０学习率．．０．．４￣￣收敛次数％５１Ｕ３４９’准确率排名２４１３时间消耗排名３２４１ ＾扬州大学硕壬学位论文从表中可Ｗ观察出：，１．学习率为０．３的准确率最高，泛化能力最好，但是收敛次数最多，时间消耗最大适用于需要准确参数且实时性要求不高的场合；２．学习率为０．１的收敛次数和准确率均商于平均水平，但是时间消耗稍多，适用于允一许定误差且实时性要求不高场合；３．学习率为０．２和０．４的准确率均低于平均水平，不推荐使用。，各参数最佳取值均不相同对不同的ＢＰ神经网络和不同给定数据，需要进行大量的５０．１，目标对比试验才能得到最佳组合。最终，本系统选取参数为：隐含层，学习率训练０．０００１，此时最大误差在３米左右。但是采用ＢＰ神经网络会出现Ｗ下问题：１．收敛速度慢；２．训练过程可能陷入局部极小；３．没有确定隐含层神经元数有效方法。一种收敛速度快一所Ｗ接下来采用、能逼近任意非线性函数的网络径向基函数网络来处理数据，它在逼近能为、分类能量和学习速率等方面巧优于ＢＰ神经网络。５．２径向基亟数网络处理５－６ＴＯＦ用径向基函数网络实现预测新输入样本流程图如图所示ＡＰＩ采集到。首先把的ＴＯＦ、民ＳＳＩ参数采用己特沃斯低通滤波进行滤波，滤波后对各距离参数进行取平均值，并按照奇数偶数分为二组。奇数组数据用来给ＲＢＦ学习，此时奇数ＴＯＦ、ＲＳ別参数作为，ＲＢＦ，此时偶数ＴＯＦ输入奇数实际距离参数为期望输出；偶数组数据用来给训练拟合、ＲＳＳＩ参数作为输入，ＲＢＦ训练的结果为输出距离。ＲＢＦ奇数组学习ｉ＾＾Ｉ］＂－ＴＯＦ一－一、ＲＳＳＩ＾Ｊ？３？取平均值乘集滤波；食预测值ＩＩ—＂■？偶数组Ｕ？训练１］１［图５－６ＲＢＦ拟合距离流程图ＲＢＦ神经网络最基本的结构组成有Ｈ层：输入层、ＲＢＦ层和输出层，其基本结构图如一图５－７所示些感知单元组成网络与外界环境连接起来二层为隐。输入层由，它们将；第层一，它的作用是进行从输入到隐层的非线性变换，变量被传递到隐藏层的过程中，种径向对称核函数被选择来作为隐含层神经元激活画数，这种画数对输入信号将产生局部响应，当输入信号靠近基画数中央范围，隐含层将产生较大的输出，因此可Ｗ看出ＲＢＦ网络具有局部逼近的能力一，它是线性的；最后层为输出层。 胡泮基于ＺｉＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究（ｎｇ＿出层输入层ＲＢＦ层输－７图５ＲＢＦ神经网络结构图ＲＢＦ网络是有导师学习网络，其学习过程包括二个步骤：确定ＲＢＦ的中也Ｃ和半径ｒ；调节权值。下面分别详细介绍送二个步骤：、１．径向基函数中屯Ｃ的确定－采用聚类的方法给出的中也位置更为合理，这里采用ｋ均值聚类分析确定Ｃ，其函数为：２Ｋ＝Ｃ（５－１９）／｜｜＝／１ｗｅｒ其过程是求出ｋ个子集ｕ中各类样本与其所属样本均值。的误差平方和，再对所有ｋ类求和。样本集不同分类，导致不同的样本子集ｒ及Ｃｌ从而得到不同的Ｙ值。算法步骤如下Ｐ９１；＝（１）把样本分成ｋ个聚类ｃｉ（ｉｌ２．．．ｋｋ为聚类模式数），计算毎个聚类均值，，，，令Ｃｉ（０）表示每个聚类中也；一（２）选择个备选ｙ，假设其在ｎ中；（３）Ｎ尸１，则（２），若转否则继续；（４）计算＇Ｎ２ｉ－单ｙＣｉＮ］ｊｊ＋１ｊ。－２０）叫２——－二ｙｃ：ｉｊＪＮ－ｌｊ（５）对于所有的，若ｅ忘ｅｊ，则将ｙ从ｎ中移到０中；ｊ－－（６）重新计算Ｃ５２１５２４ｉｉ、ｃｊ，然后修改ｋ。由迭代算法可得公式到，其中Ｌ是第类样本数；＝Ｃｆ－＋１ｆ＋（５２１）ｊ（）Ａ（）王－１，－＝－ＣＷＣ＇ｆ＋Ｍｃ（５２２）（）ｊ（），Ｗｊ（）古＝＿－＋Ｍｃ＇／（５２３），（）古｜ｆ Ｍ扬州大学硕±学位论文＝－－）／＋ｌ〇＋＂。２４）ＭＭ六刮（７）若连续迭代Ｎ次，值不变，则停止，否则转（２）。２．半径ｒ的确定ｒ可等于每个聚类中也与属于该类训练样本的平均距离：－－ｘｃｘＣ－Ｓ（５２５）去（ｊ（，）３．权值调整需要调整的是输出层和隐含层之间的权值：，这里选用线性最小二乘法—１ｒｒ＝－Ｗｒ〇〇（ｌ＞（５２６）（）用Ｍ一ａｔｌａｂ实现ＢＰ神经网络训练巧合需调用ｎｅｗｒｂ函数，此函数创建个径向基函数网络，需要确定的参数有ｏａｌ、ｓｒｅａｄ、ＭＮ和ＤＦ。其中ｇｏａｌ为训练误差的平方化送里ｇｐ－ｌｅ１０，ＭＮ为最大神经元数２５。选为，ＤＦ为二次显示之间所添加的神经元个数，默认为本系统中主要关注ｓｐｒｅａｄ参数的选择，ｓｐｒｅａｄ需要根据具体问题灵活选择：对于变化，ｓｒｅａ，可能导致拟合曲线过于粗趟，较快的函数如果ｐｄ取值过大；对于变化缓慢的画数－ｓｐｒｅａｄ如果取值过小，可能使拟合曲线不够光滑，造成过学习，从而降低泛化能力。图５８显示了当ｓｐｒｅａｄ参数分别选取０．１、０．１５、０．２、０．２５时，ＲＢＦ神经网络拟合距离曲线。巧７０１１１１１１１１１１Ｉ｜ＩＩＩＩ１ＩＩＩＩ１ＩＩＩ／ｙＩＩＩＩＩＩＩ６０￣１１１１了１１Ｔ５Ｑ——一一一一——＿—＿————５０—————一一一一————―———＿广Ｉ１ｒＩ了广＼＼＼ｙ＼Ａｉｉ；；４０－—－—＊－—一１１１＾１十４０７＼ｉ１１千１：：ＩＩ＼＼：Ｉ；ＩＩ／ｒｒＩＩ＇＇Ｉ＇／－．－．…一■－真实值０＿——Ｉ－＿＿－－－ｉ１—真实值占１１０一／—ｊ］ＩＩ预测值Ｉ１Ｉ＝ｓ〇Ｌｊ＝ＬＪ１〇ｌ１１１１１１１１３０５１０１５２０巧００５１０１５２０２５３００．１５（ａ）ｓｒｅａｄＯ．ｌ（ｂ）ｓｒｅａｄｐｐ７〇舶￣ｉｉｉｉ１ｒｎｉｉｉｉｉＩ１１ＩＩＩ＇１ＩＩＩＩＩ—－６０－１＿么７０ｌ４Ｉ１４ｆ１ｊｊｊｐＩＩＩＩ／ＩＩＩＩＩ八１－－－－—－胡—方－－－－Ｆ下’助——Ｌ—－１１１＼ｊ乂；若４０－Ｈ－４－■＇ｉ＇／ｉ！１［３Ｏ０Ｕ■－－－－－－－－－－－－－＂－－－－－－—－ｒＩ广１广ＩＩＩＩ１飞—叫－——、２〇－＿＿山ｒｒｒ／Ｊ］—胁值－－Ｌ…ｉ１０戈１１１真巧谊一，ｎ－－－－－－－－－－－－－－－１。处Ｉ—Ｗ－＿ｉｔ１Ｉ心；ｉ！＾Ｓ論值；｜｜ｊ〇〇１００５１０５２０巧３〇５１日１〇２０２５３０（ｃ）ｓｐ化ａｄＯ．２（ｄ）ｓｐｒｅａｄＯ．２５－８图５ＲＢＦ神经网络拟合曲线 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧Ｗ从拟合曲线可Ｗ看出：１８ｍ，．四条拟合曲线在距离超过Ｗ后准确率显著提高；２二条拟合曲线，８ｍ后均比图ａ和ｄ平婿。但图ｂ在０８ｍ．图ｂ和Ｃ到中误差显著大于图Ｃ，ｒｅａｄ０２。所Ｗ本文中ｓｐ选取．本文中选取的ＲＢＦ参数，训练时间明显缩短，效果已显著比ＢＰ神经网络好。为了进一，步缩小误差，并且考虑到己特巧斯滤波器滤波再经过取平均值后数据只有几十组决定一ＳＶＭ选用在在小样本情况下也能够建立有效地学习和推广方法的理论。５．３支持向量机处理支持向量机方法是建立在统计学习理论的ＶＣ维理论和结构风险最小原理基础上的，根据有限的样本信息在模型的复杂性和学习能力之间寻求最佳折衷，Ｗ期获得最好的推广ＳＶＭ５－９，能为。最基本的结构组成有Ｈ层形式上跟神经网络相像，其基本结构图如图所一示，通过选择恰当的核函数ｋ，可将训练的数据非线性映射到。给定个输入输出样本后，高维的特征空间，这就将非线性拟合问题转化为高维特征空间中的线性函数拟合问题然一ｆ后得到个特征函数（Ｘ），通过调用ｆ（Ｘ）训练输入样本数据后，对于输入样本外的数据能得到相应输出数据。ｘ）ｋ——ｇＫＸｆｌｔｘ进马％ｃ）ｒｊ输入层输出层５－９图ＳＶＭ网络结构图ＳＶＭ算法基本步骤如下：１．给定祥本ｎ＝＝＝（Ｘ）（ＸＥＲ，ＥＹＲ，给定训练样本Ｔ．．．（，）（ＸＹ），其中ｘｉ巨ＸｉＩ，ｙｉ，２，ｙ２）对ｙｉ｝，ｙ｛＝ｌ。ｉ，…，Ｉ２ｓＣ和核画数ｋ．选择适当精度参数，惩罚系数一在回归中，个，最理想的情况是估计数出等于期望输出但事实情况是凡乎不可能有一ｆ（Ｘ）能够对所有输入样本实现该理想状态。这里引入个参数Ｓ，使得－含《－乂／片（５２７））｜一ｋ，ｉ、核是个函数对所有的ｘｙ，满足： ７０扬州大学硕±学位论文＂＝－＾ｘ．〇ｘ（Ｄｊ（５２８）（？＞）（，）（）一一根据泛函的有关理论，只要种核函数ｋ满足Ｍｅｒｃｅｒ条件，对应某变化中的内积，可隐式将训练数据非线性映射到高维特征空间。常用的核函数有；（）１线性核函数＝－ｋｘ．ｘ（５２９）（，ｙ）］ｙ一线性核是最简单的种核。（２）径向基核函数＝－Ｌ￣ｉ－Ａｘｅｘ（５３０）（，＿ｙ，）ｐ２（７＼／径向基核函数是一个非线性核函数Ｃ，其中为核宽度。（３）多项式核函数ｒＡ＝－：：ｋ：ｔａｎｈｘ＋ｆ（５３１）一＿ｙ（），（）多项式核函数中参数ｄ是多项式的阶数，阶数越大其非线性越大。３．构造最优化问题＇Ｉ－－－－ｍｉｎ＝Ａ．＋＇＾５３２）。ａ。幻．。Ｘ幻＋幻。，和ｇ，４巧（）（，（，（，）备２（气／）（ｊ）这之ＵｉｊｉＩ＇－＝－－．．？ｓｆ（巧〇〇（５３３），）０＜ａａ＜Ｃｉ＝Ｉ，＾／Ｉ＇＝式中，口和ａ是朗格朗日乘子，１为样本数量。求得口，．．．，，ｆｌ。根据ＫＫＴ，中巧，（巧／）一对应数据点为支持向量条件０，由此只需采用，朗格朗日乘子中仅有部分不为，Ａ少量支持向量就可实现函数估计。４求取ｂ一＞选择ａ的个正分量〇０，计算＾｜－－＝＂＂ｘＸ－６Ａ’＋（５３４）＞＇＇《＾Ｅ（＇）（ｊ）＝！／５．求得估计函数＇－Ｘ＝Ａ－／ＡＴＸ．＋６（５３５），（）玄）Ａ（）＝ｉｌＳＶＭ是一种有坚实理论基础的小样本学习方法。它基本上不涉及概率测度及大数定律等，因此不同于现有的统计方法，，实现了高效的从训练样本到预报样本大大简化了回归问题。基于ＳＶＭＷ上特性，本系统分二种方法处理传感器节点测得的数据：一、当对系统测量实时性要求不高 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究Ｔ｝＿一定的时间ＶＭ由于滤波需要消耗，当用于实时性要求不高的场合，用Ｓ实现预测新５－输入样本流程图如图１０所示。首先把ＴＯＦＡＰＩ采集到的ＴＯＦ、民ＳＳＩ参数采用二阶已特，沃斯低通滤波器进行滤波，滤波后对各距离参数进行取平均值并按照奇数偶数分为二组。奇数组数据用来给ＳＶＭ学习ＳＳＩ，奇数实际距离参数为，此时奇数ＴＯＦ、艮参数作为输入期望输出；偶数组数据用来给ＳＶＭ训练拟合，此时偶数ＴＯＦ、民ＳＳＩ参数作为输入，ＳＶＭ训练的结果为输出距离。ＳＶＭＭＭＭＭＩＭＳＯＭＩ奇数姐－Ｌ？［学习１Ｌ＇．———ｒｐ———Ｉ广＾—￣■ＴＯＦ一采集、ＲＳＳＩ＞滤波？取平巧值预测值ＩＩ偶数巧￣Ｌ＞训练Ｉｌｊ５－图１０方法二拟合距离流程图在求估计函数时，惩罚：网格，由于精度参数Ｓ系数Ｃ的选择方法选用最常用的方法二个参数一寻优法（ＧｒｉｄＳｅａｒｃｈ），具体实施方法就是选取，用来选择送个比较大的范围进行寻优，寻找获得最优交叉验证识别率的最优参数。接下来就需研巧核函数的选择问题。选取不同的核函数作为内积的回旋，实现输入空间中不同类型的线性决策面的学习机ＳＶＭ５－器。基于网络的Ｈ种核函数拟合距离曲线如图１１所示，其中图ａ、ｂ、Ｃ分别表示核函数选取径向基核函数、线性核函数。为了显示方、多项式核函数时的拟合距离曲线图＂＂＂＂＋，。便，图中真实值用表示，预测值用０表示用于方便比较准确率０７．．１１．巧１．．．１１Ｉ６■台？６０．巧－货．．＆）ａ爱＂茨Ｘ《巧？－巧？＾４０．－４０－為－一。３０．／―站．■々２０－？？－２０．＇■／落；：■■■电宙巧１Ｉ１＇－…．．Ｖ；真实值．０－真实值■化１＂－６－－６－ＷＩ预测值Ｉ｜測值ＩＤ°０１０巧２０２５３日〇５１０１５如巧３０５（ａ）ＲＢＦ核（ｂ）线性核７０．．１１１｜成６。Ｓ。／－左＾４０￡．；ｒ３。－方２０’－舞乐．＂１０真实植贫汝Ｉ巧－６－１预测擅Ｉ＿，ＩＩ。０５１０１５２０２５３０（Ｃ）多项式棱５－图１１ＳＶＭ网络拟合曲线 ７２扬州大学硕±学位论文５－从图１１可Ｗ观察岀：１．从整体拟合曲线效果看：基于ＳＶＭ网络，加入滤波方法的拟合效果明显好于ＢＰ神经网络、ＲＢＦ网络；２．从拟合所需时间消耗看：基于ＳＶＭ网络，加入滤波方法中，线性核函数的时间消耗最小一，多项式核函数和ＲＢＦ核函数消耗时间处于同数量级；一３．从准确率看：径向基核函数虽然在距离小于７．５ｍ条件下存在定误差，但是超过７．５ｍ之后，预测值基本都能与真实值非常接近，此时具有最好的准确率；线性核函数虽然距离在７．５ｍ之前的准确率稍髙于毎向基核函数，但是整体准确率略低于径向基核函数；多项式核函数的表现最差，虽然距离在７．５ｍ之前的准确率稍高于径向基核函数，但是总体准确率是最低的。虽然在经过滤波后，ＢＰ神经网络、ＲＢＦ网络和ＳＶＭ网络都可实现收敛，并且均可对一新输入样本实现较好的距离预测，但对传感器节点采集的数据采取滤波处理同样会带来一一些问题：由于环境等因素，，测距存在定随机性如果第二次数据采集点距离第次数据采集点较远，则二次测得数据会存在较大的偏差，这样即可能产生对第二次测得数据的误判，导致滤波器误认为是干扰而进行滤波，最终使神经网络的预测距离与真实姫离产生较大误差。为了解决此问题，本文设ｉ十了第二种方法，此方法对传感器测得的数据不进行滤波处理，直接给ＳＶＭ网络处理，此方法不仅可解决上述问题，而且可节约数据处理时间。二一、当对系统测量实时性有定要求采取不滤波时，直接对各距离有关参数进行取平均值，并按照奇数偶数分为二组。奇数组数据用来给ＳＶＭ学习，此时奇数ＴＯＦ、ＲＳ別参数作为输入，奇数实际距离参数为期ＩＶＭ望输出；偶数组数据用来给ＳＶＭ训练拟合，此时偶数ＴＯＦ、民ＳＳ参数作为输入，Ｓ训练的结果为输出距离５－口。此时处理流程图如图所示。ＳＶＭ学习１１—！｜，￣ＴＯＦ—一采集、艮ＳＳ！龄取平均值预测值ＩＩ—Ｉ—？偶数进１？训练Ｉｔｍｍｍｍｍｍｍ？１ｉｔ一图５－１２方法拟合距离流程图选取不同的核函数作为内积的回旋，实现输入空间中不同类型的线性决策面的学习机－器。基于ＳＶＭ网络的Ｓ种核函数拟合距离曲线如图５１３所示，其中图ａ、ｂ、Ｃ分别表示核函数选取径向基核函数、线性核函数、多项式核函数时的拟合距离曲线图。为了显示方＂＂＂＂便，图中真实值用＋表示，。，预测值用０表示用于方便比较准确率 １胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究Ｊ＿巧，．，１．７０，．．．．Ｉ｜１ｓｏ．。．招沪肿户二＂扣－产Ｓ。＇■．兴＞度Ａ弟４０？々５？？？＊４０一爲－■３０戸３０■一■＇／，於２０？．＊定－立亦２０，矜也＇＊＂夸齿巧＾＾．３Ｉ１Ｉ１＇＂－＊－．１真实值．真实檀．０１０Ｇｗ皆巧－－－３－预测植巧３预测值１Ｉ１Ｉ。〇〇５１０１５２０２５３０〇５１０１５２０２５如（ａ）ＲＢＦ核（ｂ）线性核７０．１．．．．１６０’燒／－０’卢■５＊言幻６．－約－３０。男‘皆２。＇如－■－－…．．１０真实值ＩＩ－９－预测值｜Ｉ°０５１０１５２０２５泌（Ｃ）多项式核５－图１３ＳＶＭ网络拟合曲线５－从图１３可Ｗ观察出：１．从整体拟合曲线效果看：基于ＳＶＭ网络，采取不滤波方法拟合效果好于ＢＰ神经网络和ＲＢＦ网络；２．从拟合所需时间消耗看：基于ＳＶＭ网络，采取不滤波方法时间消耗均小于ＢＰ神经网络和ＲＢＦ网络，其中线性核时间消耗略小于ＲＢＦ核和多项式核；３，．从准确率看：预测值基本都能与真实值接近其中ＲＢＦ核准确率要高于线性核和多。项式核，多项式核表现最差一综合而言，如果允许定误差的存在，不滤波法ＳＶＭ网络预测效果要好于滤波法的ＢＰ神经网络、ＲＢＦ网络和ＳＶＭ网络，并且优先选用径向基核函数。不管从时间消耗和准。ＳＶＭ确率观察，多项式核函数都低于平均水平，所Ｗ不推荐使用并且不滤波法预测简＂＂化了算法，节约了时间，最重要的是具有较好的鲁棒性，如果ＢＰ神经网络和ＲＢＦ网络＂＂采取不滤波即进行距离的预测，可能导致神经网络不收敛，这种鲁俸性是ＢＰ和ＲＢＦ所不具有的。在测量出距离后，接下来应该考虑定位问题，本系统所采用的定位方法是Ｈ边测量法。＝一边测量法是种基于几何计算的定位方法５－１４，如图所示。 ７４扬州大学硕±学位论文／ＢＸ／＼）／／＼＼＼＾Ｖ．Ｖ＾Ｊ＼ｊ５－图１４Ｈ边测量法示意图Ａ、Ｂ、Ｃ是大棚内位置己知的错节点，坐标分别为（ｘａ，ｙａ）、（祉，ｙｂ）、（Ｘｃ，ｙｃ），Ｄ为位置未知的传感器节点＞通过调用ｂＡＡｆ函数ｐｐｐ近ｅｔＴｏ，并软件中调用按照ＭＡＣ地化方式测距，测得Ａ、Ｂ、ＣＨ点距离Ｄ的距离分别为ｄａ、山、ｄｃ，假设Ｄ点坐标为（Ｘ，ｙ），那么可Ｗ根据下公式求解：＋ｙ－ｙ｛ａｆ－－＜ｘｘ＋ｙｙｙ５－ｊ｛，ｆ｛，ｆ（３６）２ｘ－Ｘ＋—於＝ｄ人ｃｆ以）ｃ从而得到传感器节点Ｄ的坐标（Ｘ，ｙ）：＇＂２２－－ｘ２Ｘ２－＋－＋ｋｃ）（九乂）馬乂於韦＝｜ｆ下片－ｙ２＋＋ｄ－ｘ．ｊ｛ｙ，ｙ＾）ｊｙ＾＾＾ｊ５－２盈示５次测量结果表，其中本系统定位选取的方法是采取滤波的ＳＶＭ网络处埋方法，法Ａ、Ｂ、Ｃ为放在矩形农业大棚Ｈ个直角顶点处的错节点，坐标分别被预设为：Ａ（００）Ｂ（，６０）Ｃ（０３０）Ｄ为位置未。，，０，，，知带移动监测功能的传感器节点表５－２５次测量结果￣￣ＡＤＩＩＩＩＩ２．５２３１．７８如８３４６．２１５４６５胃胃１．．２２．３６３０．０５３９０５４７１７３８５．．５．ＢＤ５２１５４４胃旨．８．６４０．２６３２．３２２３．６２ＢＤ５３８５５０５０２２２３６．３９．０３．０．１６．２３２１２２９１；８２２．８６目胃．６．６３．６９ 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究１５＿￣￣ＩＩ＾＾Ｉ１４．１４２０３０．４１４０．３１２２．３６娜盾（９，５）（２１６３２４）（３１２２３５）３８９，２６５５１２２１５坐立言．６１９．．，．．，．（．．）（．，．）辛巧连颂Ｕ（１０，２０）（２０３）、３一０２５（４０２５）（５０２０）坐柄，０（，），，Ｉ一５－２中可Ｗ看出从表，本系统所选取方法与真实距离存在定差距，但是应用在农业一项目中，允许存在定误差，所得结果基本让人满意。 ７６扬州大学硕±学位论文６总结与展望本文设计了基于ＺｉｇＢｅｅ的移动监控系统，本系统可Ｗ通过各种传感器监测大棚的媪度、湿度、光照度、二氧化嫉浓度、王壤湿度、止壤ｐＨ值等数据，同时加入了定位功能，Ｗ此可得到所测地点农作物生长各时期所处在的生长环境，为农业管理人员的精准调控提供了依据。本系统所做的工作如下：１．通过对国内外农业环境监测系统、ＺｉｇＢｅｅ技术及其定位的文献参考，对ＷＳＮ技术一些研巧做了。２民Ｓ－２３２民Ｓ－４８５．协调器节点实现了多协议输出，实现了、、Ｗ太网Ｓ种方式上传采集到的各传感器节点数据。３．传感器节点主要从其低功耗、定位、智能组网方面讲述：（１）在低功耗方面。除了在硬件电路搭建中通过选择高效的低功耗器件及设计了光伏板供电接曰之外，本文还对传感器节点的功耗进行了深入研究，研巧了传感器节点４种一ａｔｌａｂ最常用的工作模式，通过化较研充比较了节点在个工作周期内的平巧工作电流，用Ｍ，。拟合出曲线，得出最节能的工作模式并汁算出天气最差情况下节点可连续工作时间（２）在定位方面。本系统在测距时使用ＴＯＦ和ＲＳＳＩ结合的方式测距，但是由于测距存在随机性，所Ｗ在数据处理中加入了ＢＰ神经网络、ＲＢＦ网络、ＳＶＭ网络，通过比较拟合曲线发现ＳＶＭ效果最好，得出距离后的定位采用Ｈ边测量法。（３）智能组网机智方面。智能组网机制可使传感器节点自动识别网络问题，并自动删除保存的网络参数并重新组网一，避免了个个拆开传感器节点，再重新烧录传感器节点，ＳＮ网络具备较高的自我调节和自愈的能力程序的麻烦使得Ｗ。一一一，本文所述的系统，虽然具备定的优点但是仍然存在些地方需做进步的研究和化化的地方：在研究传感器节点的低功耗方面，１ｍＡ，这对于，充电管理模块的功耗还是偏高将近在一个工作周期内大部々时间处于休眠状态来说是不利的，需要继续研巧降低这部分功耗。，在测距完的定位方面仅采用Ｈ边测量定位法为了保证精度，需要寻求更加快速精确的算法。 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究７７致谢研巧生的学习生活即将过去，在這Ｈ年的中，我幸运得到了很多老师和同学的帮助。首先感谢我的导师杨雕副教授，在读研阶段给予我很多的建议和帮助，使我时刻保持一颗积极向上的也，努力学习，经过；他严谨的治学态度和渊博的知识是我学习的榜样他的悉必教导使我得Ｗ入口无线传感网络领域，使我在送些年的学习生活中获益匪浅。我还要感谢李彬和蒋步军等老师，感谢他们平时给予我无私的指导与帮助。、、同样感谢众位师兄师姐同学师弟师妹的陪伴，你们的陪伴让Ｈ年的研究生活变得绵丽多彩。感谢冯均永师兄、沈楚嫉、胡舒阳、许庆婷师姐，也感谢杜佳讳、周敏杰、张。小倩同学，实验室的杨俊伟、蔡晓宇、黄亚军、王质春师弟、蔡鹏师妹感谢你们在这几年对我的关也和帮助。我还要感谢我的父母，，父母在背后的默默支持更是我前进的动力相信迭Ｈ年的生活将是很不一样的光景。，另外，本论文项目的完成亦得到阜宁水务局崔正来副局长的大力协助使得本课题能够更加顺利完成。！最后，向在百忙之中抽出时间来审阅本文的各位老师、学者和专家表示衷也的感谢 ７８扬州大学硕±学位论文参考文献－ＩＴＳｌＢ，ＡＧｔＡｔｔｉｌａｋ，Ｎａｅｂｕｈａｚａｌｅｈ，ｅａｈａｘｏ打ｏｍｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒｎｅｗｏｒｋ［］ｙ－ｍｏｄｅｉｌｌｓＪ．ＭｏｂｅＣｏｍｕｔｉｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ民ｅｖｉｅｗ，２００３６２：２３２４．ｐｇ，（［］）Ｊ－希强，２０００，２８４４８４９Ｐ？我国温室发展概况？西南农艺：．］宋［］（）３ＡｒｅＪ，ＣｌａｒｅＬ，Ａｎｉｎｂｒａｔｅｄａｒｃｈｉ化ｃＵｉｒｅｆｂｒｃｏｏｅｒａｔｉｖｅｓｅｎｓｉｎｇ打ｅｔｗｏｒｋｓＪ．Ｉ巨ＥＥ［］呂ｇｐ［］Ｃｔ－ｏｍｕｅｒＭａａｚｉｎｅ，２０００５１０６１０８ｐｇ，３３：．（）４何武林．无线传感器网络在温室控制系统中的应用研究［Ｄ．迂：足，［］］宁宁工程技术大学２０１１．５杨韩，李民赞，王秀？农田信息传输方式现狀及研究进展町农业工程学报２００８，２４：［］口）２９７－３０１．６ＺｈｕＹＷｊＺｈｏｎＸＸ，ＳｈｉＪＦ．ＴｈｅＤｅｓｉｎｏｆＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋＳｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎ［］ｇｇｙＺｉｇＢｅｅＴｅｃｈ打ｏｌｏｇｙｆｏｒＧｒｅｅｎｈｏｕｓｅＵ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ００６－９９Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．２，１１９５１１．［７］Ｌｕｉｓ民，ＬｏｒｅｄａｎａＬ，ＰｉｌａｒＢ，ｅｔａｌ．ＡＲｅｖｉｅｗｏｆＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉ打ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｏｄＩｎｄｕｓｔｒｙ：ＳｔａｔｅｏｆｔｈｅＡｒｔａ打ｄＣｕｒｒｅｎｔＴｒｅｎｄｓ．Ｓｅｎｓｏｒｓ．２００９－，９４７２８４７５０：．８ＡｋｉＩＦ，ＳｕＷ，巧ａｌｓｕｒｏｎＳｅ打ｏｒＮｅｔｗｏＪＩＥＥＥＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｎｓｉｄｉｚ．Ａｖ巧ｓｒｋｓ．ｉ［］ｙ［］－Ｍａｇａｚｉｎｅ，２００２，４０８：１０２１１４．（）９，Ｍ，２，李晓维？？：００７［］，徐勇军任丰原无线传感器网络技术［］北京北京理工大学出版杜２－５．１０Ｌａｃｏｓｓ民，Ｗａｌｔｏｎ民．ＳｔｒａｗｍａｎＤｅｓｉｇ打ｆｂｒａＤＳＮ化ＤｅｔｅｃｔａｎｄＴｒａｃｋＬｏｗＦｌｙｉｎｇ［］Ｃ－Ａｉｒｃｒａｆｔ．ＩｎＰＲＯｃｅｅｄｉｎｏｆＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＳｅｎｓｏｒＮｅｔｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９７８：４１５２．［］ｇ－ＩＩＹｅ打ＬＨＴｓａｉＷＴ．ＦｅｘｉｂＡｓｓＣｏｎ打ｕｒａｔｎｓｏｒＴｒｅｅＢａｓｅｄＺｉｅｅ／ＩＥＥＥ８０２．１５．４，ｌｌｅｄｄｒｅｇｉｏｆｇＢ［］Ｗ＊ｉｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋｓ．２２ｎｄＩ打化ｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｉｅｎｃｅｏｎＡｄｖａｎｃｅｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋｉｎｇ－ａｎｄＡ０８９５４０２ｌｉｃａｔｉｏｎｓ２０２４：３．ｐｐ？？１２ＥｓｔｒｉｎＤ，ＣｕｌｌｅｒＤＰｉｓｔｅｅｔａｌ．Ｃｏｎｎｅｃｔｎ１：ｈｅＰｈｓｉｃａｌｏｒｌｄｗｉｔｈＰｅｒｖａｓｉｖｅ，ｒＫ，ｉｇｙＷ［］Ｎｅ５９－ｔｗｏｒｋｓＪＩＥＥＥＰｅｒｖａｓｅＣｏｍｕｔｉｎ，２，１１．．ｉｖｐｇ２００：６９［］（）［１３］ＨｅｗｉｓｈＭ．ＬｉｔｌｅＢｒｏｔｈｅｒｉｓＷａｔｃｈｉｎｇｙｏｕ：ＵｎａｔｅｎｄｅｄＧｒｏｕｎｄＳｅｎｓｏｒｓ［Ｊ］．Ｄｅｆｅｎｓｅ民－ｅｖｉｅｗ，２００１，３４：４６５２．（巧１４ＡｒｉｃｉＴ，ＡｌｔｕｎｂａｓａｋＹ．ＡｄａｔｉｖｅＳｅｎｓｉｎｆｂｒＪｏｉｎｔＵｎｄｅｒｓｅａＷａｒｆａｒｅＣ．ＩｎＰ民Ｏｃｅｅｄｉｎｏｆ［］ｐｇ［］ｇ－ｌ；ｈｅＮＤＩＡＪｏｎｔｎｄｅｒｓｅａＷａｆａｒｅＴｅｃｈｎｏｏＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＳａｎＤｅ２００２２４２５４ｉＵｒｌｇｙ，ｉｇｏ，；６．１５ＭａｉｎｗａｒｉｎＡ，ＰｏｌａｓｔｒｅＪ，Ｓｚｅｗｃｚｋ民，ｅｔａｈＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓｆｂｒＨａｂｉｉａｔ［］ｇｙ 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧＾＊－ＣｉｌＭｏｎｉｔｏｎｎ．ＩｎＰＲＯｃｅｅｄｆｔｈｅＩＥＥＥＥＭＢＳＳｅｃａＴｏｃＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＭｏｂｅｇｉｎｇｏｐｉｌｐｉ［］Ｃｏｍ－ｔａｎｄＮｅｔｗｏｒｋｉｎ，２００１：１５１１ｐｕｉｎｇｇ６５．１６ＮｏｕｒＮ，ＨｅｒｖｅＴ，ＲｉａｌｌｅＶ，ｅｔａｌ．ＭｏｎｈｏｒｉｎＢｅｈａｖｉｏｒｉｎＨｏｍｅＵｓｉｎａＳｍａｒｔＦａｌｌ［］ｙｇｇＳｅｎ－ｓｏｒＣ．ＩｎＰ艮０（；ｅｅｄｉｎｇｏｆ化ｅｌＥＥＥＥＭＢＳＳｐｅｃｉａｌＴｏｐｉｃＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ［］－Ｍｉｃｒｏｉ６１０１；ｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓｎＭｅｄｉｃｉｎｅａｎｄＢｉｏｌｏ．Ｌｏｎ：圧ＥＥＣｏｍｕｔｅｒＳｏｃｉｅｔ２００，６０７．ｇｇｙｙｐｙ，１７ＳｃｈｗｉｅｂｒｅｔＬ，ＳａｎｄｅｅｐＫ，Ｇ叩化Ｓ，ｅｔａｌ．民ｅｓｅａｒｃｈＣｈａｌｌｅｎｇｅｓｉｎＷｉｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋｓｏｆ［］ＢｔｈｉｏｍｅｄｉｃａｌＳｅｎｓｏｒＣ．ＩｎＰ艮Ｏｃｅｅｄｉｎｏｆｔｈｅ７ＡｎｎｕａｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＭｏｂｉｌｅ［］ｇＣｏｍ－ｐｕｔｉｎｇａｎｄＮｅｔｗｏｒｋｉｎ？２００１：１５１１６５．ｇＭ－ｌｅｅｒＳ，Ｒａｋｏ１：ｏｎｉｒａｉｎＡ．ＡｓｕｖｅｒｏｆＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｎｔｅｘｔｓｗａｒｅＨｏｍｅｓＣ．Ｗｏｒｋｓｈｏｏｎ［＾ｙｙｙ［］ｐ－ＷｅａｒａｂｌｅＩｎｖｉｓｉｂｌｅ，ＣｏｎｔｅｘｔａｒａｒｅＡｍｂｉｅｎｔＰｅｒｖａｓｉｖｅａｎｄＵｂｉｕｉｔｏｕｓＣｏｍｕｔｉｎ，２００３，，，，ｑｐｇ２－１；１５９１６８．１９ＮｉｎＸ，Ｓｕｍｉｔ民ＫｒｉｓｈｎａＫＣｅｔａｌ．ＡｗｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓｆｂｒＳｔｒｕｃｔｒｕａｌｇ，，［］，Ｍｃｍ－ｉｔｏｒｎ．ＩｎＰＲＯｃｅｅｉｎｏｆＳｅｎＳｓ０４，２００４％５８ｉｇＣｄｇｙ，．［］２０ＹａｎＷａｎｉＹＪＳ，Ｚｈａｏ比ＭＰＡＳ：ａＣｏｎｎｅｃｔＰｌａｔｆｏｒｍｆｏｒＷｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｗｔｈ，ｇｉｎｉｒｅｌ［］ｇ化ｄＣＩｎＰＲＯｃｅｅ１１Ａｓａ－ＰｉＣｏ打ＣｏＧｒｉ．ｄｉｎｇｏｆｉａｃｉｆｃｆｅｒｅｎｃｅｏｎｒｎｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＡＰＣＣ，［］（）２００５－１１００４：０００．＊２－１ＫｈｏｓｌａＲ，Ｉｎｍａ打Ｄ．ＡＳｎｔｈｅｓｉｓｏｆＭｕｌｔｉｄｉｓｃｉｌｉｎａｒＲｅ化ａｒｃｈｉｎＰｉｅｄｓｉｏｎＡｒｉｃｕｈｕｒｅ［］ｙｐｙｇＳｔｅ－ＭａｎａＴｈｉＰｌａｈＵＳＡＪｉｓｐｅｃｉｆｉｃｇｅｍｅｎｔＺｏｎｅｓｉｎｅＳｅｍｉａｒｄＷｅｓｔｅｒｎＧｒｅａｔｉｎｓｏｆｔｅ．［］Ｓｒ－ｉｎｅｒＵＳｊ２００８１：８５１００．ｐｇ＞９（）２２ＺｉＢ代媛．基于ｅｅ无线传感器网络的农田信息监测研究Ｄ．杨凌；西北农林科技大学，［］ｇ［］２０１０．２３ＬｕｏＨｈａｎＸＬｉＥｔａｌＴＤｅｓｉｉｒｅｌｅＳｎｅｅｎｈｏｕｓｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｚｇ，ｕ，ｅｈｅｇｎｏｆＷｓｓｅｎｓｏｒｉＧｒ［］Ｑ２００６－Ｊ１２５Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．ＳｅｎｓｏｒＷｏｒｌｄ．，：４５４８．［］（）２４，牛孝国，朱桂芝夏宁，等．基于无线传感器网络的农业现场数擺采集研究进展饥．中［］２００９２５２４５１５－５１９国农学通报，，：．（）２５ＩＣａｔｓａＫｓＩＣ又ｅ打ａｋｉｓ＿ＡｔＣｉｋｉｒａｓＰｅｔａｌ．ＴｏｅｌｏｏｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｈｉｗｉｒｅｌｅｓｓＳＣ打ｓｏｔ打ｅｔｗｏｒｋｓ［］，，，ｐｇｙｐｆｂｒｒｅｃｉｓｉｏｎａｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｌｉｃａｔｉｏｎｓＣ．ＳｅｎｓｏｒＴｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓａｎｄＡｌｉｃａｔｉｏｎｓＳｅｎｓｏｒｐｇｐｐｇｐｐ，［］２００７ｎ５２６－ＣｏｍｍＩｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｖａｌｅｎｃｉａ，Ｓｐａｉｎ，２００７：５３０．２６Ｍａｉ０Ｖｉａ打ｉＦＦＥｅｔａＷｅｓｏｒ打ｅｔｍｅｎｔｏｒｍｏ打ｔｒｎｓｏｉｗｏｒｋｌｏ打ｅ，，ｉｌｉｉ，ｌ．ｉｒｌｅｓｓｓｅｎｄｅｌｏｆｉｏｉｇ［］ｐｐｐｙｍｏｉｓｔｕｒｅｄｎａｍｉｃｓａｔ化ｅ打ｅｉ１９ｙｌｄｓｃａｌｅＪ．Ｐ艮ＯｃｅｄｉａＥｎｖｉｒｏ打ｍｅｎｔａｌＳｃｅｎｃｅｓ，２０１３，；［］４２６－４３５．２７庞伟．基于ＷｉｎＣＥ嵌入式农业环境监测系统研究Ｄ．西北农林科技大学，２００９．［］［］ 扬州大学硕±学位论文＾田监洩ＷＳＮ节点软件系统设计及ＬＩＤ：料］陈立华巧向农！１应用的Ｑ测距研究诚都电子［］科技大学，２０１１．９２００７，口孙程化基于无线传感器网络的智能温室系统设计化天津工程师范学院学报，］－１７４：１９２２．（）３０刘齐，汪慰华，王跃宣，等．基于无线传感器网络的农田：ｔ壤温湿度检测系统的设计［］Ｊ６０４－．吉林大学学报工学版２００８，３６０８．与开发［，８３：］（）（）３１ＣＣ２４３０的２０１０，杨换基于无线传感网络自动滴灌系统设计化计算机测量与控制．［］－１８６１３３２１３３８：．（）２Ｊ，口司敏山，高艺．基于太阳能的温室无线传感器网络监测系统设计［．无线通信技术］］２０－１０，１９５７６２．口）：口３姜歳，王卫星，孙道宗等．能量自给的果园信息采集无线传感器网络节点设计．农业工］－２０１２，巧９１巧１巧程学报，：．（）］３４ＩＵＹＺＨＡＯＣＣＤＡＩＬｅｔａＲｅｓｒｃｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｆｂｒｗｉｒｅｅ巧ｓｅｎｓｏｒ，，Ｇ，ｌ．ｅａｈｏｎｈｎｏｌｏｇｌ［］Ｑｙ－ｎｅｔｗｏｒｋｓＪ．ＣｏｍｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ？２００８？３５５：４７５０．［］ｐ（）３５ＡｓｌａｍｈＢｕｔｌｅｒＺ，ＣｒｅｓｉＶ，ｅｔａｌ．ＴｒａｃｋｉｎａＭｏｖｉｎＯｂｅｃｔｗｉｔｈａＢｉｎａｒＳｅｎｓｏｒ［］ｐｇｇｊｙＮｅｔｗｏｒｋ，ＰＲＯｃＣＣＭｔＣｔｗｏｒｋｅｄＳｔ．ＡＩｎ．ｏｎｆ．ＥｍｂｅｄｄｅｄＮｅｅｎｓｏｒＳｙｓｅｍｓＳｙｎＳｙｓ，２００３．［］（）６＊ＰＳａｈｉｎｏｌｕＺ，ＧｅｚｉｃｉＳ．Ｒａｎｉｎｉｎ化ｅＩＥＥＥ８０２．１５．４ａｓｔａｎｄａｒｄＣ．ＷｈｅｌｅｓｓａｎｄＭｉｃｒｏｗａｖｅ］ｇｇｇ［］Ｔｅｃｈｎｏ－ｌｏＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ２００６；１５．ｇｙ，３７ＨＡＲＴＥＲＡＡｉｓ化ｕｔｅｄｏｃａｔｏｎｓｓ化ｍｒｅａｃｔｉｖｅｏｃｅＪＩＥＥＥＮｅｔｗｏｒ，１，．ｄ化ｌｉｙｆｏ比ｆｉ．ｋ８［］［］（）６２－１９９４：７０．３ＡＮＤＲＥＡＳＬ，ＣＨＲＩＳＴＩＡＮＷＡｈｅｎｉＰＲＯｆｏｔ．ｃｏｍｒｅｓｖｅａａｃｈｒｏｉｍｉｚｉｎ［巧ｐｐｐｇＴＯＡ－Ｎｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏ打ｉｎｈａｒｓｈｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓＣ．Ｐｏｓｉｔｉｏ打Ｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄａｖｉａｔｉｏｎ［］ｇＳｍｏｓ－５２５ｉｕｍＰＬＡＮ２０１０ｌＥＥＥ／ＩＯＮ２０１０；５１６．ｙｐ（＾，，３９－打ａ打ｄｒｅａｌｌｉｌＧＵＬＨ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｅｓｉｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｗｏａｅｒｗｒｅｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓｆｂｒｌａｒｅ［］ｇｙｇｓｃａｅｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎＤ．ＢｅｉｉｎＴｓｉｎＵｎｖｅｒｓｔ皮了６６１１１１〇１〇ｌｌｇ：ｇｈｕａｉｉｙ£＾２００６．［］ｊ｝［４０］ＷＡＮＧＳ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏ打化ｅｏｒｉｅｓａｎｄ１：ｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｎｏｄｅｓｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｃｏｖｅｒａｇｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅ打ｓｏｒ打ｅｔｗｏｒｋＤ．Ｗｕｈａｎ：ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈ打ｏｌｏ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ，［］ｙｇｙｇｙ２００６４０－４２：．［４１］王建刚，王福豹，段渭军．加权最小二乘估计在无线传感器网络定位中的应用［Ｊ］．计算２００６２２９４－机应用研妃，；１４３．（）４２ＺｈｅｎＪ，Ｗｕ乂ＪｏｉｎｔＴｉｍｅＳｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎａ打ｄＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆａｎＵ打ｋｎｏｗｎＮｏｄｅｉｎ［］ｇｙＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓＪ．ＩＥＥＥｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏ打ｓｉｎａｌＰ民Ｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１０，５８：［］ｇ口） 胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研究３０９－１１３２０．４王金蠢一３，．．，赖旭芝吴敏种基于遗传算法的无线传感器网络定位新算法机汁算技［］－术与自动化，２００７２６４：５３５６．，（）４４鲁旭阳．基于ＷＳＮ的节点定位技术研巧［Ｄ．郑州：解放军信息工程大学，２０１２．［］］［４５］ＷａｎｇＸＰ，ＬｕｏＪ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｐｏｎｅｎｔＢａｓｅｄＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎＳｐａｒｓｅＷｉｒｅｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋｓ．ＩＥＥＥ－ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎ佐ｒｅｎｃｅｏｎＮｅｔｗｏｒｋＰＲ０１；ｏｃｏｌｓＣ．２００８：２８８２９７．［］４６Ｓｔｄ８０２－－ＩＥＥＥ．１５．４２００３ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏＰａｒｔ１５．４Ｗｉｒｅｌｅｓｓ［ＪｇｙＡｃｃｅ－ｓｓＣｏｎｔｒｏｉＰＨＹｔＭｅｄｉｕｍｌＭＡＣａｎｄＰｈｓｃａｌＬａｅｒＳｅｃｉｆｉｃａｉｏｎｓｆｏｒＬｏｗＲａｔｅ（）ｙｙ（）ｐＷ－ｉｒｅｌｅｓｓＰｅｒｓｏｎａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｓＬＲＷＰＡＮｓ．（）４７ＪＥＮＮ－－ＩＣ．ＪＮＡＮ００３ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒＯｅｒａｔｉｏｎＺ．ＪＮＥＥＩＣ，２００７．１ｐ［］［］４８张瑞瑞．用ＣＰ２２００实现ＭＣＵ的简易型Ｗ太网接口．单片机与嵌入式系统应用，［］Ｐ］２００６，１２．［４９］王小强，欧阳駿，纪爱国．无线传感器网络节点太阳能供电系统设计阴．单片机与嵌入２０－１２，３，６１式系统．Ｗ．５０上海如韵电子．可用太阳能电池供电的钮电池充电管理态片ＣＮ３０６３ＥＢ／Ｏ．上海如［］［Ｕ韵电子口叫凌力尔特公司．ＬＴＣ３５３４ＤＡＴＡＳＨＥＥＴＥＢ／ＯＬ．凌力尔特公司，２００９．［］５２ＪＥＮＮｈ－ＩＣ．ＤａｔａＳｅｅｔＪＮ５１４８Ｂ／ＯＬ．ＪＥＮＮＩＣ２００７．［，］巧］’－ｗｗｗｏ８供ＡａｎｃｅＺｉｅｅＴｕｔＯＴｉａＭｈｔｔ：／ｚｉｅｅｔｇ２００９口引。§ｌｌｉ．ｇＢｌ．ｐｄｆ．ｐ／．油．／，．［］口叫ＺｉｇＢｅｅＡｌｌｉａｎｃｅ．ＺＢＭＷＧＺｉｇＢｅｅＳｐｅｅｉｆｉｃａｔｉｏｎＦｅａｔｕｒｅｓ＆Ｂｅｎｅｆｌｔｓ．ＰＤＦ［Ｍ］．ｈｔｐ：／／ｗｗｗ．ｚｉｇｂｅｅ．ｏｒｇ／，２００９．口引ＩＥＥＥＳｔｄ８０２．１５．４．ＷｉｒｅｌｅｓｓＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）ａｎｄＰｈｙｓｉｃａｌＬ巧ｅｒ（ＰＨＹ）－－ＷＰＡＮＳｅｃｉｆｉｃａｔｏｎＲｔＷｉＰｌＡＮｔｗｏｒｋｓ（ＬＲＳＮｅｐｉｓｆｏｒＬｏｗａｅｒｅｌｅｓｓｅｒｓｏｎａｒｅａｅｓ）．ｗ［］Ｙｏｒｋ：ＩＥＥＥ２００３．５ＺｉＢＭ２００．ｅｅ网络原理与应用开发［．北京航空航天大学出版化ｔ［糾吕治安ｇ］５７ＣｈｅｎＢ，Ｋｌｅ，ＢａｌａｋｒｉｓｈｎａｎＨ，ｅｔａｌ．ＳａｎａｎｅｎｅｒｅｆｆｉｃｉｃｉｅｎｔｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎａｌｏｒｉｔｈｍＦｏｒ［］ｙｊｐｇｙｇｔｏｏｉｌｏｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｉｎａｄｈｏｃｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋ．ＡＣＭＷ防ｌｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ，２００２８５ｐｇｙ，：（）４８－１４９４．５Ｊ－李钟憤基于ＭＡＴＬＡＢ设计己特沃斯低通滤波器．信息技术．２００３３：４９５２．［Ｗ［］（）５斌，化京义，巧橡神经网络Ｍ，西安：西安电子科技大学出版化２００７．［刊侯媛［］ 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胡泮基于ＺｉｇＢｅｅ的农业大棚的移动监测系统研巧ＳＪ＿攻读硕±学位期间主要的硏究成果一、发表的论文１．胡泮，杨鹏，史狂胚．基于ＷＳＮ的低功耗水稻王壤水分监测系统阴．农机化研巧，２０１５，－４１３７．：１００１０（）２．杨鹏，范晓勇，杜佳巧，胡泮．预装式变电站髙压触头温度ＷＳＮ传感器节点设计［Ｊ］．单２０－片机与嵌入式系统应用，１３，１３（１巧：６８７０．二、参与的科研项目１．无锡市锡山区基金项目：无锡市太湖水稻示范园智能化节水灌嫩工程系统研究与设计。２．江苏省水利厅基金项目：基于物联网的精准灌概和优化调度系统。３．江苏省高校自然科学基金：可灵活组合的光伏集成模块发电关键技术研巧。 ｕ扬州大学硕±学位论文扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书学位论文原创性声明。本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研巧成果除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果。对本。文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：一？签字曰期：方年月曰／＾＾／学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定：，即学校有权保留并向国家有关。部口或机构送交学位论文的复印件和电子文挡，允许论文彼查阅和借阅本人授权扬州大、学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。学位论文作者签名：７导师签名；１＾＂么签字日期：ｙ年＾月日签字日期：式的！年月日／
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