物联网综合应用实践课程设计

1、物联网综合应用实践课程设计题目:基干物联网的智慧农业系统的设计院（系 ）:计算机与通信学院专业年级:11级物联网 1班姓名:郭盛功学号:112801012指导教师:马维俊摘要 3 b5E2RGbCAP1 绪论 4 p1EanqFDPw1.1 农业物联网技术 4DXDiTa9E3d农业物联网产生背景 4RTCrpUDGiT1.2 物联网技术在农业种植环境中的应用 5 5PCzVD7HxA1.2.1 物联网技术实现农业种植环境的智能化管理 5jLBHrnAILg1.2.2 物联网技术实现农产品质量安全有效监管 5xHAQX74J0X2 基本原理 6LDAYtRyKfE2.1硬件方面 6Zzz6ZB

2、2Ltk2.1.1 芯片SHT10介绍6dvzfvkwMll2.1.2 CC2530介绍 7rqyn14ZNXI2.2软件方面 9EmxvxOtOco2.2.1 ZigBee 技术 9 SixE2yXPq52.2.2 ZigBee 特点 11 6ewMyirQFL2.2.3 ZigBee 协议栈结构 12kavU42VRUs2.2.4 无线传感器网络 15y6v3ALoS893 农业物联网种植环境监控系统设计 1 6M2ub6vSTnP3.1 农业物联网种植环境监控系统关键技术 160YujCfmUCw3.2 农业物联网种植环境监控系统建构 16eUts8ZQVRd3.3 农业种植监控系统构建

3、 17sQsAEJkW5T3.3.1 系统硬件构建 17GMsIasNXkA3.3.2 系统软件构建 18 TIrRGchYzg3.3 3 编码 207EqZcWLZNX四 总结 21 lzq7IGf02E五 参考文献 22zvpgeqJ1hk六 致谢信 23NrpoJac3v1基于物联网的智慧农业系统设计摘要智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联、 云计算和物联网技术为 一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点 （环境温湿度、 土壤水分、 二氧化碳、图像等） 和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指 导，为农业生产提供精准化种植、

4、可视化管理、智能化决策。 1nowfTG4KI基于 Zigbee 技术的智慧农业解决方案，成本低廉，是一般人都能负担的价格；控制更简 单，让每一位刚接触的人都能轻松使用；功耗更低、组网更方便、网络更健壮，给您带来高科 技的全新感受。您的温室大棚规模越大，基于 Zigbee 技术的智慧农业解决方案在使用中，要 准确及时地操控所有设备， 最值得关注的应该就是网络信号的稳定性。 鉴于温室大棚的网络覆 盖区域比较广泛，我们贴心为您呈现物联无线组网！智慧农业能有效连接物联 Internet 通信 网关和超出物联 Internet 通信网关有效控制区域的其它 Zigbee 网络设备， 实现中继组网， 扩

5、大覆盖区域，并传输网关的控制命令到相关网络设备，达到预期传输和控制的效果。基于先进 的 Zigbee 技术，物联无线中继器无需接入网线，就可自行中继组网，扩散网络信号，让您的 网络灵活顺畅运行，保障您的所有设备正常运行。主要采集温湿度，从而控制农植物的水分和 光照。 fjnFLDa5Zo关键词：Zigbee , CC2530智慧农业，云计算，物联网1 绪论农业是关系着国计民生的基础产业， 我国传统农业在向现代农业发展中面临着确保农产品 总量、调整农业产业结构、改善农产品品质和质量，改善生产效益低下、资源严重不足且利用 率低、环境污染等问题而不能适应农业持续发展的需要。因此，关于农业物联网技术的

6、研究势 在必行。物联网是以感知为目的的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。物联网可 以很好地应用到诸多领域，农业即是其中之一。 tfnNhnE6e5文章在农业物联网的背景下， 设计了农业中最为关键的种植环境智能化检测系统， 一方面 对其中的关键技术种植检测硬件系统和软件系统进行设计， 主要包括农业物联网监管系列传感 器，无线传感器网络通过模块采集温湿度光照登信息，经由无线收发模块传输数据，通过后台 管理实现对环境信息的远程控制， 随时进行调整和处理，实现对环境信息的远程控制。另一方 面是设计了农业物联网下种植环境监控平台。 文章旨在设计出基于物联网技术的农业种植环境 监控系统，能够极大

7、地推进高现代农业的自动化、智能化水平，降低资源占有率，提高农产品 的生产效率及产品的质量。 HbmVN777sL1.1 农业物联网技术1.1.1 农业物联网产生背景农业信息技术是我国现代农业科技的重要内容， 大力推进“信息化与农业现代化融合” 是 我国现代农业发展方向。 “农业物联网”即利用物联网技术，即通过相应的智能传感器设备实 时监控农业种植环境， 并将各个相应的数据通过数据采集设备， 经过无线网络系统传送到信息 控制中心，进而对农业种植环境进行调节，智能控制农作物健康生长所需环境如温度、 湿度以 及光照、土壤温度、含水量，及时灌溉系统。实现农业种植综合生态信息的自动检测，对环境 进行自动

8、监控。 V7l4jRB8Hs1.2 物联网技术在农业种植环境中的应用1.2.1 物联网技术实现农业种植环境的智能化管理通过在农业种植系统中安装相应的只能控制系统， 实现对整农作物种植环境中各个参数的 实时监控， 及时掌握农作物生长环境的一些参数， 并根据参数变化适时调控来掌控农作物最佳 的生长环境，将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，为温室精准调控提供科学依据。 83lcPA59W91.2.2 物联网技术实现农产品质量安全有效监管农业物联网技术能够通过广泛采用电子标识、条形码、传感器网络、 物联网中间件和网络 平台技术等关键技术，实现产品从生产、储运、交易信息的透明化和实时监控，从而实现农

9、产 品从农田到餐桌的全程可管可控，农产品质量安全有效地监管。 mZkklkzaaP2 基本原理本实验将使用CC2530卖取温湿度传感器SHT10的温度和湿度数据， 并通过CC2530内部 的ADCW到光照传感器的数据。最后将采样到的数据转换然后在 LCD上显示。其中对温湿度的读取是利用CC2530勺I/O（P1.0和P1.1）模拟一个类IIC的过程。对光照的采集使用内部的AIN0 通道。 AVktR43bpw2.1 硬件方面芯片SHT10介绍SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片， 提供全标定的数字输出。它采用专利的 CMOSen鼓术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包

10、括一个电容性聚合 体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与 14 位的 A/D 转换 器以及串行接口电路实现无缝连接。 ORjBnOwcEdSHT10 引脚特性如下：1. VDD, GND SHT10的供电电压为2.45.5V。传感器上电后，要等待11ms以越过“休 眠”状态。在此期间无需发送任何指令。电源引脚（ VDD GND之间可增加一个100nF的电 容，用以去耦滤波。 2MiJTy0dTT2. SCK用于微处理器与SHT10之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不 存在最小 SCK 频率。 gIiSpiue7A3. DATA三态门用于数据的读取。DAT

11、A在 SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突， 微处理器应驱动DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10kQ ）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的 I/O 电路中。 uEh0U1Yfmh向 SHT10 发送命令：用一组“ 启动传输”时序， 来表示数据传输的初始化。 它包括：当 SCK 时钟高电平时 DATA 翻转为低电平，紧接着 SCK 变为低电平，随后是在 SCK 时钟高电平时 DATA 翻转为高电平。 后续命令包含三个地址位（目前只支持“ 000”，和五个命令位。 SHT1

12、0 会以下述方）式表示 已正确地接收到指令：在第8个SCK时钟的下降沿之后，将DATA拉为低电平（AC位）。 在第9个SCK时钟的下降沿之后，释放 DATA（恢复高电平）。IAg9qLsgBX测量时序（RH和T）:发布一组测量命令（ 00000101 '表示相对湿度 RH, 00000011 '表示温度T）后，控 制器要等待测量结束。这个过程需要大约11/55/210ms，分别对应8/12/14bit 测量。确切的 时间随内部晶振速度，最多有± 15%变化。 SHTxx 通过下拉 DATA 至低电平并进入空闲模式， 表示测量的结束。控制器在再次触发 SCK 时钟前，必

13、须等待这个“数据备妥”信号来读出数 据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。接着传 输 2 个字节的测量数据和 1 个字节的 CRC 奇偶校验。 需要通过下拉 DATA 为低电平， uC 以确认每个字节。所有的数据从 MSB 开始，右值有效（例如：对于 12bit 数据，从第 5 个 SCK 时钟起算作 MSB； 而对于 8bit 数据， 首字节则无意义）。用 CRC 数据的确认位，表 明通讯结束。 如果不使用 CRC-8 校验，控制器可以在测量值 LSB 后，通过保持确认位 ack 高 电平， 来中止通讯。在测量和通讯结束后， SHTxx 自动转入休眠模式

14、。 通讯复位时序： WwghWvVhPE如果与SHTxx通讯中断，下列信号时序可以复位串口：当 DATA保持高电平时，触发SCK 时钟 9 次或更多。在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。这些时序只复位串口，状 态寄存器内容仍然保留。 asfpsfpi4k2.1.2 CC2530 介绍CC2530是基于、ZigBee和RF4CE上的一个片上系统解决方案。 其特点是以极低的总材料成本建立较为强大的网络节点。 CC2530 芯片结合了 RF 收发器，增 强型8051 CPU系统内可编程闪存，8-KB RAM和许多其他模块的强大的功能。 如今CC2530主 要有四种不同的闪存版本：CC2530F

15、32/64/128/256，分别具有 32/64/128/256KB 的闪存。其具有多种运行模式，使得它能满足超低功耗系统的要求。同时CC2530运行模式之间的转换时间很短，使其进一步降低能源消耗。 ooeyYZTjj1CC2530包括了 1个高性能的2.4 GHz DSSS （直接序列扩频）射频收发器核心和 1个8051 控制器，它具有32/64/128 kB可选择的编程闪存和8 kB的RAM还包括ADC定时器、睡眠 模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路和 21 个可编程 I/O 引脚，这样很容易实现通信模 块的小型化。CC2530是一款功耗相当低的单片机，功耗模式 3下电流消耗仅0.2卩

16、A,在32 k 晶体时钟下运行，电流消耗小于 1卩A。BkeGuInkxICC2530芯片使用直接正交上变频发送数据。基带信号的同相分量和正交分量由DAC转换成模拟信号，经过低通滤波，变频到所设定的信道上。当需要发送数据时，先将要发送的数据 写入128B的发送缓存中，包头是通过硬件产生的。最后经过低通滤波器和上变频的混频后， 将射频信号被调制到2.4GHz,后经天线发送出去。CC2530有两个端口分别为TX/RX RF端口 不需要外部的收发开关，芯片内部已集成了收发开关。 PgdO0sRlMoCC2530的存储器ST-M25PE16是 4线的SPI通信模式的FLASH可以整块擦除，最大可以存储

17、2M个字节。工作电压为 2.7V至U 3.6V。3cdXwckm15CC2530温度传感器模块反向F型天线采用TI公司公布的2.4GHz倒F型天线设计。天线的最大增益为+ 3.3dB，天线面积为25.7 X 7.5mm该天线完全能够满足CC2530工作频段的要求（ CC253C工作频段为 2.400GHz2.480GHz）。h8c52W0ngM I!JI J II ,L 1 l叫J' J1u匚-,03736 3534333231 -Ji 1RBIAS二连1-1AVDD4二41111AVDD1'X111112TAVDD2二5111GND11期、二RF N二 611Ground P

18、ad11药二RF_P二 7111124<ZAV 00311112aCXOSC Q2_冷622<ZXOSC_Q1>1021-AVDD5一 n12131415 1617181920 -门l'l门门门门* J、1 1广i°,也|°B niT-1dOooo0_oCLo'0.cIGNDGNDGNDGNDP1 5P1. 4P1_3P1 2P1_1VDD2图1.CC2530芯片引脚CC2530芯片引脚功能AVDD1 28电源（模拟）AVDD2 27电源（模拟）AVDD3 24电源（模拟）AVDD4 29电源（模拟）AVDD5 21电源（模拟）AVDD6

19、31电源（模拟）2-V - 3.6-V2-V - 3.6-V2-V - 3.6-V2-V - 3.6-V2-V - 3.6-V2-V 3.6-V模拟电源连接 模拟电源连接 模拟电源连接 模拟电源连接 模拟电源连接 模拟电源连接DCOUPL 40电源（数字）1.8V数字电源去耦。不使用外部电路供应DVDD1 39电源（数字）2-V - 3.6-V 数字电源连接DVDD2 10电源（数字）2-V - 3.6-V 数字电源连接GND -接地 接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面GND 1 2, 3, 4未使用的连接到 GNDP0_0 19 数字 I/O 端口 0.0P0_1 18 数字 I/O 端口

20、0.1P0 2 17 数字 I/O 端口 0.2P0_316数字I/O端口0.3P0_415数字I/O端口0.4P0_514数字I/O端口0.5P0_613数字I/O端口0.6P0_712数字I/O端口0.7P1_011数字I/O端口1.0-20-mA 驱动能力P1_1 9数字I/O端口1.1-20-mA 驱动能力P1_2 8数字I/O端口1.2P1_3 7数字I/O端口1.3P1_4 6数字I/O端口1.4P1_5 5数字I/O端口1.5P1_6 38数字I/O端口1.6P1_7 37数字I/O端口1.7P2_0 36数字I/O端口2.0P2_1 35数字I/O端口2.1P2_2 34数字I

21、/O端口2.2P2_3 33数字I/O模拟端口P2_4 32数字I/O模拟端口2.3/32.768 kHz XOSC2.4/32.768 kHz XOSCRBIAS 30 模拟 I/O 参考电流的外部精密偏置电阻RESET_N 20数字输入 复位，活动到低电平RF_N 26 RF I/O RX 期间负 RF 输入信号到 LNARF_P 25 RF I/O RX 期间正 RF 输入信号到 LNAXOSC_Q1 22模拟 I/O 32-MHz 晶振引脚 1 或外部时钟输入XOSC_Q2 23模拟 I/O 32-MHz 晶振引脚 22.2 软件方面ZigBee 技术蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢

22、体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息， 这 种肢体语言就是 ZigZag 行舞蹈， 是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。 借此意义 Zigbee 作为 新一代无线通讯技术的命名。在此之前 ZigBee 也被称为“ HomeRFLite ”、“RF- EasyLink ”或 “fireFly ”无线电技术，统称为 ZigBee。v4bdyGious简单的说，ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展J0bm4qMpJ9ZigBee 是一个由可多到 65000 个无线数传模块

23、组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范 围内，每一个 ZigBee 网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的 75m 无限扩展。XVauA9grYP与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据 传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主 要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个 ZigBee “基站” 却不到1000元人民币。每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外， 每一个ZigBee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务 的孤立的子节点(RFD)无线连接。bR9C6TJscwZigBee 技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其物理层和数据链路层协 议为 协议标准，网络层和安全层由 ZigBee 联盟制定，应用层的开发应用根据 用户的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。 pN9LBDdtrd根据 协议标准，