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1、目录 摘要Abstract第一章 前言11.1 研究目的和意义11.2 国内外研究现状21.3 研究内容2第二章 系统相关技术42.1 无线传感器网络4 2.2 ZigBee无线通信技术4 2.3 GPRS概述 5第三章 温室参数分析和系统总体设计63.1 温室参数分析73.2 系统总体设计 5第四章硬件设计64.1 微处理器模块74.2 无线收发模块104.3 数据采集模块114.4 报警模块15第五章 软件设计165.1 管理中心设计165.2 ZigBee 软件开发环境175.3 传感器节点设计185.4 汇聚节点设计195.5 执行结构模块设计20第六章 结论21致谢22参考文献23摘
2、要我国的农业正在向现代化、规模化、智能化发展。温室大棚作为现代农业生产中不可缺少的部分，对温室环境的有效管理能提高温室作物生产效率和农民经济效益。 温室环境的湿度、温度、 光照强度等因数对温室作物的生长有很大的影响。针对温室控制的需要，设计了一个基于无线传感器网络的温室控制系统。该系统通过分布在温室区域内的大量传感器节点采集信息，数据以Zigbee无线传送方式发送至汇聚节点。 汇聚节点通过GPRS网络与远程服务中心通信，同时汇聚节点能接收远程服务中心发出的控制命令，控制部署在温室的控制节点，进而调节温室各参数达到合适要求。 关键词： 无线传感器网络，温室，ZigBee技术 AbstractCh
3、inas agriculture is to modern, large-scale, intelligent development. Greenhouse an indispensable part of modern agricultural production, the effective management of the greenhouse environment can improve the efficiency of greenhouse crop production and farmers economic benefits. Greenhouse environme
4、nt, humidity, temperature, light intensity and other factors on the growth of greenhouse crops have a great impact. A greenhouse control system based on wireless sensor network is designed for the needs of greenhouse control. The system collects information through the sensor nodes distributed in th
5、e greenhouse area, and the data is sent to the sink node in ZigBee wireless transmission mode. The convergence node communicates with the remote service center through the GPRS network, and the collection node can receive the control commands issued by the remote service center to control the contro
6、l nodes deployed in the greenhouse, and then adjust the greenhouse parameters to meet the requirements. The system has the advantages of low cost and convenient deployment.Key words: Wireless Sensor Network，Greenhouse， ZigBee Technology 第一章 前言1.1 研究目的和意义目前很多温室控制系统采用的是有线传输方式，有线传输需要铺设大量的信号传输线，由于天气和其他原
7、因设备之间的连接线很容易坏，提高了检修和维护的难度。将无线传感器网络应用在温室控制系统中，除去了设备之间的信号传输线，不仅提高了系统的准确性，系统的扩展性也得到提高，也方便了系统的检修和维护。基于无线传感器网络的温室控制系统，能准确地监测温室内温度、湿度、光照强度等参数，大幅度提高温室作物的产量和品质。1.2 国内外研究现状 20世纪，基于总线技术包括以太网技术的温室控制系统得到了快速发展。葡萄牙的Metrolho,J. C.等人在1999建立了基于CAN总线以及PC机等组建的典型温室控制系统1。 美国兴起了划时代意义的无线传感器网络技术，并尝试性地将其运用到温室监测中。由分布在监测区域内大量
8、微型传感器节点组成，以多跳的形式自组织成网络系统，各传感器采集和分析网络覆盖区域中监测对象的信息，并发送给观察者的技术引起了人们的关注2-3。 在无线传感器的技术这个方面，我国的温室无线控制技术仍处于起步阶段。 目前， 星型网络拓扑结构在温室控制系统中是运用最多的无线数据传输。系统中，主机直接与温室大棚中的传感器节点相连。拓扑结构相对简单，易于检修和维护。运用温室智能环境监控技术、无线传感器网络技术构成无线温室控制系统，实现温室环境的自动化、规模化控制是未来的发展方向4-5。 1.3 研究内容本文根据温室环境参数和无线传感器网络的特点，提出温室控制系统的设计方案。设计了一个基于无线传感器网络的
9、温室控制系统。该系统通过分布在温室里传感器节点采集信息，数据以ZigBee无线传送方式将信息发送至汇聚节点。 汇聚节点通过GPRS技术传输到远程服务中心，同时汇聚节点能接收远程服务中心发出的控制命令，控制部署在温室的控制节点，进而调节温室环境参数达到合适要求。本系统具有成本不高，部署便利等优点。 第二章 系统相关技术2.1 无线传感器网络无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）是由部署在监测区域内大量的低成本、低功耗微型传感器节点组成，节点之间通过无线通信形成的一个多跳自组织网络系统 6。WSN 由无线传感器节点、汇聚节点、传输网络和远程控制中心组成，其基本
10、组成结构如图1。图1无线传感器网络的基本组成部分部署在被监测区域的监测节点实时、有效、准确的对监测区域进行数据采集，对数据进行存储以无线传输的方式传输到汇聚节点。汇聚节点对数据进一步的处理、分析、存储，在显示屏上显示，便于观察者查看。通过互联网传输到远程管理中心，远程管理中心可以对被监测区域发出控制任务和收集数据。 2.2 ZigBee无线通信技术 目前，在短距离无线传输技术大家族中，除ZigBee技术外， 还有许多，如：蓝牙技术、 UWB技术、Wi-Fi 等。表1给出了几种常见的短距离无线传输技术 5-6。 表1几种短距离无线通信技术的比较 蓝牙UWB Wi-Fi ZigBee 规范标准80
11、2.15.1未定802.11b802.15.4 工作频段 2.4GHz 3.1-10.6GHz2.4GHz; 5GHz868/915GHz；2.4GHz最大传输速率1 Mb/s110 Mb/s 54 Mb/s250kb/s 最大功耗 1-100mW200mW 100mW13mW传输距离 l 0m 10m10-100m 10-75m网络容量 8 8256 65536 电池寿命 4-8小时1-2小时1-3小时半年以上 成本低高 低低 从上面的表格可以对比得到，ZigBee技术在温室控制系统中有如下优点：(1)成本低:相比于其他几种短距离无线通信技术，ZigBee技术的协议栈设计相对简单， ZigB
12、ee不收任何协议专利费。因此ZigBee通信模块的成本低，很适合用在无线传感器网络中。(2)容量大: ZigBee有星型、树型、网状结构。一个主节点管理若干个子节点，一个主节点可以管理254个子节点，主节点可以由上层网络管理可以组成65535个节点。(3)低速率:从上表中可以看出ZigBee技术传输速率是最低的，最大为250kb/s，在温室控制系统中，温室采集数据的周期大且数据量大，传输速率低有利于节能，适合温室应用。 (4) 功耗低: 相比其他技术的功耗，ZigBee是最低的，而且ZigBee技术允许设备空闲时转入睡眠功能，这有利于节点节能，减少了更换电池的次数，增加电池使用寿命。 ZigB
13、ee网络层支持星型拓扑结构、树型和网状拓扑结构，如图2所示。图2 ZigBee技术的网络拓扑机构图星型拓扑结构由一个协调器控制，协调器可以直接与远程控制中心进行数据通信，当一个节点发生故障时不会影响其他节点工作。在温室控制系统中部署在监测区域的传感器自组织成网络，以多跳传输数据。树型拓扑结构包括一个协调器和若干路由器和终端节点，通信原则是：子节点只能和父节点通信。网状拓扑结构和树型拓扑结构组成大致相同，由协调器、路由器、终端节点组成，不同的是网状拓扑结构任意节点间可以通信，并且是自动寻找一条信息传输的最优路径。ZigBee技术可在868MHz、915MHz、2.4GHz三个频段上工作，这三个频
14、段分别适用于全球、欧洲、美国，三个频段的传输速率为20kbit/s、40kbit/s、250kbit/s。通信延迟时间在15ms-30ms之间，它的传输距离在10-75m之间，用干电池供电。适合与温室控制系统的短距离传输，低功耗的特点。 2.3 GPRS概述 GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线服务技术 的简称。英国BT Cellnet公司于1993年提出在GSM发展新的分组数据承载业务GPRS，作为向第三代移动通信(3 G)过渡的一种技术，是GSM Phase2+规范实现的内容之一。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准
15、、跳频规则以及TDMA帧结构，面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接，从而为用户同时提供语音与数据业务 9-11。从外部看，GPRS同时又是Internet的一个子网。 GPRS网络主要有以下特点:l 实时在线，管理中心与汇聚节点实时保持通信，方便用户查阅温室大棚数据。l 按量计费，只有传输数据是才会产生流量费用，没有数据传输，用户可以挂在网上，不会产生任何费用。l 高速传输，GPRS采用分组交换技术，数据传输速率最高可达171.2kbps。本文采用GPRS技术进行WSN与监控中心之间的通信。 第三章 温室参数分析和系统总体设计3.1 温室参数分析 l 温度对作物的影响农作物生长与温度有密切的关系，在农作物适宜温度范围
