【word】 基于ZigBee技术的农业多通道数据采集系统.doc

基于zigbee技术的农业多通道数据采集系统?92?信息产业基于zigbee技术的农业多通道数据采集系统杨明极刘振兴(哈尔滨理工大学,黑龙江哈尔滨15oo4o)摘要:为了提高温室作物的生长质量,提升农业生产的效率,设计并开发了基于zigbee技术的多通道数据采集系统.该系统能够实时精确采集环境要素信息,通过zigbee网络将这些数据发送给服务器存储,分析.通过对环境信息实时监测,从而采取恰当的处理措施.关键词:环境要素信息;zigbee;多通道;实时1概述在农业生产中,温度,湿度,光照强弱,土壤温度和湿度,二氧化碳浓度等环境因素对农作物的生长起着至关重要的作用.传统农业中,这些因素主要靠目测,经验等手段来检验,缺少量化的数据,并且经验的积累和传承也存在很多问题,这些因素大大限制了农业的发展,影响了农作物的生长质量,降低了农作物的经济效益,使我国的农业生产长期在低水平层次徘徊.本文开发的农业多通道数据采集系统可实时采集农作物生长环境中的空气温度,空气湿度,光照强弱,土壤温度,土壤湿度,二氧化碳浓度等数值,通过zigbee网络将这些数据发送给服务器存储,分析,服务农业生产.2zigbee技术zigbee技术是一种面向低速率,低功耗和低成本的短距离无线通信技术,它主要被使用在对功耗要求较高而对数据传输率要求较低的场合.其特点是:占用的系统资源较少;电池寿命时间长;几乎无限的网络大小;较大的无线覆盖面;低廉的价格等等.zigbee技术的种种优点使其受到人们的广泛关注.本文应用zigbee技术设计了多通道数据采集系统.3硬件设计采集系统节点为终端采集节点,节点由具有无线通信功能的cc2430处理器为核心组成.zigbee终端节点除完成数据收发外,还需驱动传感器进行数据采集,液晶屏进行显示,按键进行控制等功能.如图1所示.图1采集节点结构本文采用ti公司的cc2430一f128为核心处理器.光照传感器采用ryg/n型光照度传感器,用于实现对环境光照度的测量.温湿度传感器采用db110通用型数字温湿度传感器.土壤水分传感器采用fds一100,可直接埋人土壤中使用,数据传输效率高.土壤温度传感器采用ds一18b20数字温度传感器.二氧化碳传感器采用cc6613.pcb图及成品实物图见图2,3.图2采集节点pcb图4软件设计多通道数据采集系统软件设计由无线通信模块,数据采集模块,人机交互模块,电源监测及控制模块,系统配置模块五部分组成.通过无线通信模块完成网络的加入及退出,传感器数值的上传及各种命令的接收等工作;通过数据采集模块完成各种传感器数据图3采集节点电路板实物圈的采集及数据的封包等工作;通过人机交互模块完成用户操作的输入及系统各种信息的输出等工作;通过电源监测及控制模块实现系统供电电源电量的监测及传感器电源的控制;通过系统配置模块实现用户远程对本节点某些参数的配置功能.(见图4),;l无线通信模块无线通信模块主要完成网络的加入及退出,传感器数据的发送及配置数据的接收等工作.无线终端信息采集节点上电,初始化完毕后,自动搜索加入网络.4.1.1加入网络当所有硬件及网络设备初始化完成后,液晶屏显示欢迎界面并显示处于网络连接中.此时由终端节点发送请求信息,网关设备受到请求信息并且处于同一个网络时,自动回应一条信息,终端节点收到回应信息则液晶屏显示网络连接成功.如终端节点发送三次请求信息无回应,则液晶屏显示连接失败.此时可按功能键立即重新加入网络,或者等待5分钟后自动重新加入网络.4.1.2发送及接收数据当首次加入网络或休眠时间结束时,无线终端采集节点自动发送传感器采集的数据到网关设备.无线通信模块周期性的向网关设备发出数据轮询请求,向网关设备索取数据.4.2数据采集模块数据采集模块主要完成对各种所需传感器的数据采集任务,并判断采集到的数据是否真实有效.然后把有效的数据装入发送数组,并告知上位机所上传的各个传感器数值有效与否情况.当成功加人网络,并且休眠时间结束或有传感器采集命令到达时,进行各个传感器的数据采集操作.4.3人机交互模块人机交互模块主要是完成用户操作的输入(按键)及系统各种信息的输出等功能.按键的功能包括把传感器采集到的环境信息显示到液晶屏上;当加入网络失败次数达到最大时,液晶屏提示用户是否重新连接网络,按下按键即可重新连接网络.液晶的功能是显示传感器采集到的数值,以及节点号,电池电量,网络连接状态和一些提示信息.4.4电源监测及控制模块电源监测及控制模块主要是完成对采集节点电池电量的监测,信息产业?93?图4主函数流程以及对传感器电源的控制,以达到降低系统功耗的目的.在读传感器数据前,读节点电池电压,以计算其剩余电量.在读传感器数据前,打开对应的传感器,读取完数据后,关闭电源.4.5系统配置模块系统配置模块主要实现用户远程对采集节点某些参数的配置功能.例如传感器类型,发送时间间隔等.由上位机发送命令,采集节点收到命令数据包后,把其写入片内flash的固定位置,以免掉电丢失.采集器从片内flash固定位置读出配置信息,控制其运行.结束语本文基于ti公司的cc2430为核心,完成硬件节点的设计制作,在simpliciti协议栈基础上完成多通道数据采集系统的软件编程,最终实现了多个传感器有序采集并实时发送.为了降低功耗采用了睡眠/唤醒机制.按键则采用了一键多功能机制,当网络正常连接时按键可唤醒液晶屏实时显示传感器数值;而当网络连接失败次数过多退出网络时,按键又可以实现加入网络的功能.本系统能够实时精确采集农作物生长环境中的空气温度,空气湿度,光照强度,土壤温度,土壤湿度,二氧化碳浓度等环境要素,通过zigbee网络将这些数据发送给服务器存储,分析.最终实现提高温室作物的生长质量,提升农业生产的效率的目的.参考文献【1】瞿雷,刘盛德,胡成斌.zigbee技术及应用m】.北京:北京航空航天大学出版社,2007.【2】李皓.基于zigbee的无线网络技术的应用.信息技术,2008(1):1214.3】蒋垫,曹长修,纪强军.基于zigbee技术的温度控制系统的实现【ji_自动化博览,2o06(3).【4】孙利民,李建中,陈渝等.无线传感器网络【m】.北京:清华大学出版社,2005.5陈彦明,王秋光.基于zigbee技术的音频传输系统.哈尔滨理工大学,2009(6):5255.(上接96页)3,1.3制定具备可操作性的计算机安全策略和安全管理规章制度,并监督,检查制度的执行.31.4根据企业情况选择适当的杀病毒软件,使用正版软件,并及时升级.3.1.5加强系统代码和密码的管理,严把岗位权限设置关.3.1.6业务网络和互联网严格物理分离.3.2确保计算机系统安全,加强计算机设备的保养和维护,要重点做好以下六个方面工作:3.2.1保证供电系统安全正常运行,主要包括日常供电系统,不间断电源(ups),备用电源和供电线路.3.2.2保证机房消防设备齐全有效,必须采用经消防部门验收合格的消防设备.机房应使用气体灭火装置,而不能使用自动灭火装置(水喷淋).3.2-3保证调节温度和湿度设备的可靠运转,主要是空调,湿度调节设备和温度,湿度的监测仪器.有条件还可以使用温,湿度报警设备.3.2.4保证防静电(防雷)设施的质量达标,要达到气象部门的检测标准和国家的相关规定.3.2.5做好终端客户的设备保养和维护.作为系统的最终使用者,常用设备包括计算机,打印机,扫描仪等设备.另外,地市级公司信息技术部门还要综合考虑包括县级支公司在内的设备需求和分配.3.2.6做好特殊设备的维护.公司搭建的网站服务器和存储服务器,以及病毒监控服器和业务前置机等常年保持运行状态的服务器.在保养和系统维护中要注意避免误操作导致系统异常中断和关闭,严重时会使系统崩溃和硬件损坏.3-3网络系统维护,是工作重点.网络维护主要包括网络的规划建设和网络设备的维护.这是一项系统.程,就地市分公司来说主要涉及下面四个方面3.3.1广域网络线路的选择.主线路和备用线路通常不使用同一通讯运营商的线路,具体的带宽和线路的种类根据具体业务使用情况选择.3.3.2办公和营业场所的局域网布置.为了适应不断发展的业务需求,在设计好网络的拓扑结构时,应该使用有线网络和无线网络相结合的策略.布置有线网络时适当分配冗余的线路,布置无线网络时要注意网络的安全机制,保险公司作为非银行金融机构,其数据安全的要求非常高.3.3.3合理使用网络资源.网络资源是有限的,科学合理的分配网络资源是必要的,例如网络ip的规划和使用,vlan的划分,路由的设置都是要事先规划和分配的.3.3.4网络设备维护的重点主要是选择适用设备,日常保养,故障维修和设备配置的备份.这些设备的专业性很强,通常需要采用专业人员的方案,根据本公司的网络建设和使用情况进行配备和维护.尤其是要采购关键设备的备用设备,并保存好设备配置的备份记录.另外,保养和设备维护时避免误操作.3.4数据质量管理和经营数据的分析数据质量管理流程涉及公司的全部业务,全部流程和全部人员,必须做好以下六方面工作:3.4.1加强组织领导,实行”一把手亲自抓,分管领导重点抓,责任部门合力抓”的层级责任制.3.4.2完善并贯彻好联席会议制度,过错追究制度等规章制度.3.4.3加强人员培训,特别是关键岗位和关键员工的培训.3.4.4定期监控和不