基于CC2420 的温室无线数据采集系统的设计与实现[J].doc

乐档网，我分享,我快乐!/本文档下载自乐档网，更多免费文档请访问网址/doc/info-e4380feef8c75fbfc77db220.html基于CC2420的温室无线数据采集系统的设计与实现钲第期仪表技术与传感器基于的温室无线数据采集系统的设计与实现吴金洪，丁飞，邓志辉（浙江师范大学交通学院，浙江金华；江苏大学机械工程学院，江苏镇江）摘要：针对现代温室的生产和发展需要，研发了一种由微机与单片机系统为核心的温室无线数据采集系统，通过无线收发模块实现温室内各种生长环境检测传感器无线化，现场从机采集的数据通过无线信道传送到主机，主机通过与上位机进行串行通信，采用了技术措施。关键词：温室；数据采集；单片机；无线收发器作为软件开发工具设计了实时监控平台，从而实现温室内作物生长环境的无线智能调控，该系统结构简单、传输可靠和可扩展性好，从而为解决传统温室有线系统的局限性提供中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；幽，）：，。，：；系统的工作原理高位与一相连。通过、和系统主要由一个上位机模块和若干下位机模块组成，系统的总体结构框图如图所示。上位机或称主控微机能对整个温室无线数据采集系统的运行进行管理与控制，下位机模块负责温室内多点数据采集，上位机模块和下位机模块间采用实现无线信道通信。机与单片机主机之间采用雕一通信协议，电平转换电路使用单电源的接口芯片实现。机作为上层主机，可采用（简称）编程，做出十分直观的人机界面，现场实测信号经由无线通信、单片机系统，在机软件窗口和主机的上进行显示。同时，机也可向主机发出采集指令，该指令经由无线通信由现场的从机来实现。系统的硬件结构条控制线可完成启动转换和读转换结果的操作，通过和凡两根控制线控制输出的位数。当，启动转换；当，时，读出转换结果；当，且氏时，输出低位数据，当，而凡时，输出高位数据。无线通信电路系统采用兼容无线收发器，是目前低功率无线数传的理想选择，非常适合应用于温室数据采集系统中。通过接口（、和）设置芯片的工作模式，处理器通过接访问内部寄存器和存储区。在访问过程中，是接口的从设备，接收来自处理器的时钟信号和片选信号，并在处理器的控制下执行输入输出操作。接口接收或发送数据时都与时钟下降沿对齐。与接口电路原理图如图所示。数据存储电路转换所得的数据及时间值都存储在由组成的数据存储器中，在地址译码电路中采用，分别接的片选信号（为选中）及引脚（为选中），、分别接引脚、，输出片选信号控制、和。数据采集及转换电路从机负责温室内多点检测，各检测点的环境参数包括温度、土壤湿度、空气湿度、氮浓度、降水量和气压等经过各路传感器及其转换电路转变为电压信号，经过多路开关进行信号选择，所得信号送到相应的信号放大整理电路放大后送入，转换成位二进制数，其中低位与相连，收稿日期：万方数据收修改稿日期：第期吴金洪等：基于的温室无线数据采集系统的设计与实现图系统的总体结构框图器戤。”、一工上二一一鼍图通信过程示意图工上才启动对应从机发送数据的子程序，其他从机停止通信，等待下渐图瑚“豳嬲黼一次通信，以确保系统在同一时刻只有唯一数据发送源存在。系统的无线通信协议中，主要包括两种类型的帧结构：一种是命令帧；一种是数据帧。命令帧帧头帧标识地址长度命令类型命令参数校验校验的应用电路图数据帧帧头帧标识地址长度通道号帧指针数据键盘显示电路（）帧头：由硬件自动产生；（）帧标识：为命令标识，为数据标识；（）地址：包括源地址和目标地址；（）长度：各帧长度字节之后的所有字节的长度；采用数码管静态显示，通过串联驱动。键功能主要是：当可明显感受到温室内环境出现异常时，可通过按键实现该环境参数的即时检测，以快速作出反应。时钟电路（）命令类型：包括握手、采集、传输、应答、重连和确认等命令；（）命令参数：具体采集指令，只在采集命令帧中出现；（）通道号：标识发送本数据包的通道号；（）帧指针：实现传送帧的计数；（）数据：表示所要发送的数据；（）校验：校验序列由硬件产生，可设为位或位。系统软件设计采用时钟芯片提供精确的时钟信号，包括年、月、日、时、分、秒，此芯片还具有掉电时钟保护功能，可自动切换到后备电源供电。看门狗电路看门狗电路由及其外围元件组成，在程序跑飞或者死机时，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。系统软件无线通信协议系统的软件程序采用了模块化的设计思想，主要分成单片机通信程序和微机通信程序两部分。单片机通信程序采用汇编语言编写，主要包括对传感器数据的采集和发送。微机通信程序采用编程，主要工作是实时接收数据并将其图形化。程序的设计首先需要进行初始化，如设置中断、定时器、串行口的初始化，以及的结构配置，如接收发射模式、射频输出功率、加电低功耗模式等。软件的具体流程如图所示。设计中将微机每接收一帧数据设置成串行口要响应的事件：（）事件，通过该事件激活消息处理（下转第页）系统中的上、下位的工作于同一工作频带，为了避免同频干扰的问题，系统采用分时技术将点对多点的通信方式转化为点对点的通信。通信时由主机轮流联络各从机，而从机不能主动向主机或其他分机进行联络，即使有数据要上报给主机，也必须等待主机与它联络之后才能发送数据，主、从机间的通信过程如图所示。为了保证主机与所选择的从机实现可靠通信，必须给每一个从机分配一个唯一地址。只有在主机发送出相应的地址信号后，万方数据第期曹柏荣等：基于单片机的回风式空气调节系统的设计度扰动，首先会反映在机器露点上，通过副回路控制，可以把这些干扰在进入车间之前得到了克服。在温度和湿度控制过程中，这二个参数存在耦合，都给控制带来困难。因此，在单片机的软件中，除了常规的检测、显示、键判别和数据处理程序外，更多的是依据图，进行空气参数的计算和关于空气调节控制算法的运算。由于各个车间的空间体积差异比较大，使用的冷却与加热方式也不同，需要根据具体的空气调节设备来进行程序设计。结束语考虑采用电容式湿度传感器来测量，如果有腐蚀性气体存在，建议采用干、湿球法测量湿度。实践证明，结合，采用模拟人工调节的方式编写的控制算法，能够获得良好的效果。参考文献：薛殿华空气调节北京：清华大学出版社，刘大伟基于的多路温度控制系统的设计仪表技术与传感器，（）李世军烤烟炕房干、湿温度测控仪设计仪表技术与传感器，（）应用单片机设计的回风式空气调节系统，可以在满足生产和工人卫生要求的前提下，根据图，最大限度地利用回风，实施最佳控制路径，达到空气调节过程中的最佳节能效果。温度传感器采用热敏电阻比较方便，因为热敏电阻的阻值大，灵敏度高，信号容易处理。如果生产环境没有腐蚀性气体，可以（上接第页）函数（），在（）中加入处理代码，判断是否是所需的数据，再作出相应的显示和存盘等处理。通信时微机串口与单片机串口参数的设置必须一致，否则两者无法进行通信。曹柏荣微计算机在空调自控方面的应用探讨棉纺织技术，（）曹柏荣，苏家健，韩玲芳单片机原理及其应用技术北京：原子能出版社，（）作者简介：曹柏荣（船一），高级工程师，从事非电量电测仪器和单片机应用的研制和开发工作。的技术水平，减轻了劳动强度，提高了劳动效率。另外，对系统适当扩展，如在主机端采用总线接口标准等，可构成一种以机作为上位机，以多台单片机构成的主从式结构网络作为下位机的多机系统，从而可实现多个温室数据采集系统的智能监控。参考文献：出岫（），潘伟，王汉功，姚春江无线多路并行数据采集系统的设计微计算机信息，（）：朱卫华，黄智伟一种微机与单片机无线串行通信的设计方案南华大学学报（理工版），（）蔡卫峰无线通信系统的实现及应用，电子技术应用，（）仵浩，齐燕杰，宋文超，等串行通信工程开发实例导航。北京：人民邮电出版社，求是科技单片机通信技术与工程实践北京：人民邮电出版社，作者简介：吴金洪（一），副教授，主要研究方向：系统检测与控制；。、：下期要目预告基于厚膜混合集成的硅微机械加速度传感器一种直线位移传感器设计：和混合编程方法研究及其在柴：油机故障诊断中的应用基于总线的汽车温控舒适系统的研制豳软件流程豳：基于可组网数字温度传感器火灾报警系统设计基于的现场总线设备及其开发：结束语系统是针对现代温室的生产特点设计的，它可以对温室内的多种环境参数进行有效的监测与控制，从而提高了温室生产万方数据半导体制冷温控系统的设计及误差分析旋喷钻机钻进工作参数检测系气：的设计一基于CC2420的温室无线数据采集系统的设计与实现作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：吴金洪， 丁飞， 邓志辉， WU Jin-hong， DING Fei， DENG Zhi-hui吴金洪,WU Jin-hong(浙江师范大学,交通学院,浙江,金华,321019)， 丁飞,邓志辉,DINGFei,DENG Zhi-hui(江苏大学,机械工程学院,江苏,镇江,212013)仪表技术与传感器INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR2006，""(12)12次 参考文献(6条) 1.Chipcon AS SmartRF CC2420 Preliminary Datasheet (rev 1.2) 20042.潘伟.王汉功.姚春江 无线多路并行数据采集系统的设计期刊论文-微计算机信息 2005(07)3.朱卫华.黄智伟 一种微机与单片机无线串行通信的设计方案期刊论文-南华大学学报(理工版) 2002(03)4.蔡卫峰 无线通信SCADA系统的实现及应用期刊论文-电子技术应用 2002(08)5.仵浩.齐燕杰.宋文超 Visual Basic申行通信工程开发实例导航 20036.求是科技 单片机通信技术与工程实践 2005 相似文献(10条)1.期刊论文 赵影.张敏.吴凤英 温室花卉栽培中多变量数据采集与监控 -河南农业科学2008,""(9)针对某温室种植的蝴蝶兰所需条件设计了变量实时采集与控制系统,该系统可以自动实现温室中温度、湿度和光照度的控制调节,保证蝴蝶兰的生长和提高成活率.2.学位论文 善挺璧 基于ARM9的嵌入式温室数据采集与CAN总线通信技术研究 2006随着设施农业技术的进步，相关支持技术的研究也得到迅速发展，温室信息采集和相关设备研究成为技术创新的研究方向之一本文以解决实际应用中温室环境调控信息快速采集、处理、通信等问题为目标，本着系统集成的思想，从数据采集终端和中央控制端两个方面提出可行的解决方案。在数据采集端，集ARM9 S3C2410、CAN总线网络、传感器ECU、执行机构ECU、以太网传输模块于一体；具备USB接口，可以在USB存储设备中存储温室环境监测与控制相关信息：采用键盘和液晶显示屏作为人机接口，为操作人员提供了良好的操作界面；采用相应的嵌入式开发工具，实现采集、显示、处理、通信等多种功能。在中央控制端，接收数据采集端的有效数据进行处理，并可向数据采集端发出反馈信息。中央控制端采用Linux平台完成软件编写。本研究成果为实现具有自主知识产权、适合我国国情的温室信息采集技术和以太网通信技术提出了一种可行的解决方案；经测试，数据采集和网络传输能够满足设施农业应用实践的需求。3.会议论文 杨政.刘刚 基于ARM7的便携式温室数据采集器 2007跟踪国内外先进传感技术和电子信息科学技术发展趋势，吸取国内外的一些商品化温室数据采集器产品的优点，研发了一种集数据采集、存储、传输为一体的便携式温室数据采集器，具有便携、低功耗等特点。该数据采集器采用ARM7 LPC2119微处理器，可同时对四路模拟信号和两路数字信号进行AD转换，转换结果可直接通过串口或者CAN 总线实时发送给上位机，也可以存储在FLASH和U盘中，等需要时再下载到上位机。本文主要介绍了系统中的硬件接口的设计和软件程序的设计。信息高新技术在农业中的广泛应用，将使农业生产过程和管理更加具有科学性、可控性、稳定性和高效率，并逐步实现农业生产过程的智能化管理。温室作物长势、土壤参数、作物根区小气候等信息获取技术、实用信息采集工具和系统集成技术的研究开发，将为更新传统的温室作物生产过程管理手段，精细、科学地利用现代温室资源，节约投入、提高产出、降低生产成本和减少盲目投入造成的环境后果和食物安全等发挥重要保证作用。我国设施农业的发展趋势是由粗放管理向综合控制发展，向生物环境控制和栽培管理智能化、网络化、资源优化利用和产品的无公害化发展。其中，温室生物环境信息获取技术将会在温室智能化管理中发挥重要的作用。当前国外的关于温室数据采集器技术已经相当成熟，也有很多研究成果应用于实际领域中。如美国 CAMPELL公司的数据采集器、英国Delta 公司ML2型数据采集器以及澳大利亚SENTEK公司的数据采集器。国内也有很多关于温室数据采集的研究成果的出现，但在这些数据采集器的研究成果中，都存在一些不足地方。例如只能采集到单路传感器信息或者对于传感器的输出本文主要介绍一种基于ARM7 微处理器的便携式温室数据采集器，系统设计主要按照便携、低功耗等特点进行，将采集到的生物环境传感器信息进行存储、显示和发送，以便进行实时监测、管理和决策。4.学位论文 徐帅男 基于CAN总线的温室检测平台的研究 2008微电子技术和计算机技术的不断发展，引起了检测技术的根本性变革。网络化检测技术是近年迅速发展起来的一种新型网络测控技术，其与虚拟仪器技术的结合使得检测技术有了新的发展方向。而当前的网络虚拟仪器的研究主要基于模块化总线和部分用于仪器之间通信的独立总线。但是在温室控制现场，上述总线在传输距离、传输速率、可靠性、抗干扰以及性价比上无法尽如人意。而CAN作为一种现场总线，具有非破坏性总线仲裁、严格的错误检测和界定、通讯距离远、通讯速率高等优点，可以很好的满足农业温室系统中检测的需要。本文采用LabVIEW设计了一种基于CAN总线的远程检测平台。主要分为检测平台通信系统的结构、相关协议设计、硬件搭建、图形用户界面以及数据采集控制软件设计。主机端使用PC，通过CAN/USB适配器完成对总线信号的读取以及向总线上发送命令。现场端通过传感器采集现场信号，然后经过信号调理电路送入数据采集模块。数据采集模块完成A/D转换、CAN总线发送等任务后将信号传至CAN总线。主机上使用基于LabVIEW构