移动端的温室大棚环境监控系统设计协调器节点设计(附件)
随着互联网技术快速发展,基于ZigBee无线传感网的温室大棚检测系统的应用越来越广泛。本系统设计将ZigBee技术与互联网技术结合来实现移动端的实时监控。对于协调器节点的设计功能为CC2530无线收发芯片通过基于ZigBee技术的无线传感网络接收终端节点采集到的大棚环境数据，ARM分别与CC2530、LCD显示模块和串口WiFi模块之间实现串口通信，最终实现汇聚节点与手机端的通信。系统的实现，使得农业生产管理更为灵活高效，节约了劳动力，降低了管理成本，提高了农业生产率。关键词 无线传感网，串口通信，ARM，CC2530，WiFi模块
目 录
1 引言 1
1.1课题背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 2
1.3课题研究目标及内容 2
2关键问题及技术的研究 3
2.1关键问题 3
2.2关键技术 3
2.2.1数据的接收和发送 3
2.2.2数据的显示 4
2.2.3配网设置 4
3系统总体设计 5
3.1系统架构 5
3.2协调器节点设计的构架 5
4硬件设计 6
4.1主控单位 6
4.1.1 STM32F103RB概述 6
4.1.2 ARM模块主要电路 8
4.2无线收发芯片 9
4.2.1 CC2530概述 9
4.2.2 CC2530主要电路 11
4.3 WIFI模块硬件设计 12
4.4串口屏硬件设计 14
5软件设计 15
5.1协调器和终端机通信设计 15
5.2串口程序设计 16
5.3按键程序设计 19
6系统测试与运行 19
6.1协调器节点调试 19
6.2环境配置 19
6.3切换LCD显示 20 6.3.1 大棚一的LCD显示 20
6.3.2大棚二的LCD显示20
结论 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
致谢 23
参考文献 24
1 引言
1．1 课题背景
农业是在我国国民经济的发展中处于基础地位，国务院也增提出：农业发展必须由传统走向现代化，从传统上单纯依靠劳力转变为紧密依靠技术，推进“农业科技进步与创新”[12]。
由于温室大棚的自动化测量、自动化控制成为实现温室优质、高产的发展方向，为实现低耗、高产、优质的现代温室生产形式，研究对温室内环境的高效调控是非常必要的，这对温室控制技术和理论都提出了更高的要求[1]。随着无线通信技术的发展,温湿度采集传输趋向于无线传输方式，无线传输方式具有使用灵活、覆盖范围广等优点[2]。无线传感器网络是一种大规模、自组织、多跳、无基础设施支持的无线网络，网络中节点是同构的，成本较低，体积和耗电量较小，大部分节点不移动，被随意地散布在监测区域，要求网络具有尽可能长的工作时间和使用寿命[3]。其目的是协作和感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者[4]。ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4协议标准而产生的新兴无线通信技术[5]。ZigBee标准定义了一种网络协议，这种协议能够确保无线设备在低成本、低功耗和低据速率网络中的互操作性[6]。
如今的温室环境检测系统为达到更为便捷的目标，实现了在移动端的控制操作，Android平台能提供良好的人机界面[7]。Google推出了Android操作系统，由中间件、用户友好界面(.XML)和应用软件组成了智能手机平台 Android[8]。
1．2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外的温室控制系统在逐渐走向成熟，荷兰运用温室气候控制系统，美国运用GPS控制技术 [12]。荷兰在温室的控制的方面和土地资源的利用方面，都是处于世界领先水平，在一定程度上是基于欧洲比较有优势的工业技术[12]。在温室规模不断扩增的同时，荷兰对温室自动化水平进行了研究，并得到很大的提升[13]。
无线传感器网络在国际上的发展开始于上个世纪的70年代，最初的研究主要放在军事安全和国防建设方面[9]。现今，美国国家航空和宇宙航行局还研制出一种用于监测大范围内气候环境的传感器网络，如宇宙星体表面的气候以及海洋、森林气候等等[10]。
计算机技术得到广泛地应用，计算机数据的采集与控制系统应运而生[11]。以色列采用二氧化碳供给系统结合温室供水、施肥和环境自动化控制，温室内的灌溉已经采用电脑控制和电脑在水质监控，英国采用温室计算机遥控技术[12]。
随着需求量的增加，温室培植的面积也在不断扩大，在有限的人力条件下，只有不断将监控技术转向更为便捷的网络化。
1.2.1 国内研究现状
1970年后，随着地膜覆盖技术被引进，人们熟悉的塑料大棚和日光温室逐渐出现，改良型日光温室、大型玻璃温室和现代化温室在其基础上迅速发展起来[16]。国家农业信息化工程技术研究中心研究的一种环境监测仪器，可对农民常用的温室、大棚、食用菌栽培室的重要环境参数进行的监控，主要包括空气温度、空气湿度、露点温度、土壤温度、光照强度，土壤湿度(选配)[16]。同时，用户可以自行设置该农作物最适宜的生长条件，根据监控数据判断当下环境是否符合，并且能够实现语音传输。在对温室的控制领域方面，中国科学院等单位从不同角度进行了研究，极大地推动了我国温室监控技术的自动化、智能化[17]。
我国政府对无线传感技术的发展也给予了高度的重视，在信息技术的发展纲要里面，还有智能感知技术以及自组网技术这两个项目与之直接相关[14]。我国在文莱20年预见技术的调查报告中，信息领域157项技术课题有7项与传感器网络直接相关[15]。我们不得不说WSN的应用是越来越广泛了，也将给人类带来更多的惊喜。
基于Android智能移动终端迅速普及，研究者开始重视基于Android的移动终端的温室环境远程监控系统，例如：江苏大学针对水产养殖方面，也开发了一套远程监控系统，使用物联网技术，能够实时监控水产的一些环境数据[18]。研究人员开发了基于Android的温室大棚管理信息系统，用户可以通过移动终端方便地监视农作物生长、管理温室环境信息、制定生产计划等[18]。
移动互联网的迅猛发展，腾讯全球新总部滨海大厦在去年的11月正式启用，采用物联网和人工智能技术，是集数字化、智能化于一体的智慧大厦，厉害之处不得不让人大为惊叹。
目 录
1 引言 1
1.1课题背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 2
1.3课题研究目标及内容 2
2关键问题及技术的研究 3
2.1关键问题 3
2.2关键技术 3
2.2.1数据的接收和发送 3
2.2.2数据的显示 4
2.2.3配网设置 4
3系统总体设计 5
3.1系统架构 5
3.2协调器节点设计的构架 5
4硬件设计 6
4.1主控单位 6
4.1.1 STM32F103RB概述 6
4.1.2 ARM模块主要电路 8
4.2无线收发芯片 9
4.2.1 CC2530概述 9
4.2.2 CC2530主要电路 11
4.3 WIFI模块硬件设计 12
4.4串口屏硬件设计 14
5软件设计 15
5.1协调器和终端机通信设计 15
5.2串口程序设计 16
5.3按键程序设计 19
6系统测试与运行 19
6.1协调器节点调试 19
6.2环境配置 19
6.3切换LCD显示 20 6.3.1 大棚一的LCD显示 20
6.3.2大棚二的LCD显示20
结论 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
致谢 23
参考文献 24
1 引言
1．1 课题背景
农业是在我国国民经济的发展中处于基础地位，国务院也增提出：农业发展必须由传统走向现代化，从传统上单纯依靠劳力转变为紧密依靠技术，推进“农业科技进步与创新”[12]。
由于温室大棚的自动化测量、自动化控制成为实现温室优质、高产的发展方向，为实现低耗、高产、优质的现代温室生产形式，研究对温室内环境的高效调控是非常必要的，这对温室控制技术和理论都提出了更高的要求[1]。随着无线通信技术的发展,温湿度采集传输趋向于无线传输方式，无线传输方式具有使用灵活、覆盖范围广等优点[2]。无线传感器网络是一种大规模、自组织、多跳、无基础设施支持的无线网络，网络中节点是同构的，成本较低，体积和耗电量较小，大部分节点不移动，被随意地散布在监测区域，要求网络具有尽可能长的工作时间和使用寿命[3]。其目的是协作和感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者[4]。ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4协议标准而产生的新兴无线通信技术[5]。ZigBee标准定义了一种网络协议，这种协议能够确保无线设备在低成本、低功耗和低据速率网络中的互操作性[6]。
如今的温室环境检测系统为达到更为便捷的目标，实现了在移动端的控制操作，Android平台能提供良好的人机界面[7]。Google推出了Android操作系统，由中间件、用户友好界面(.XML)和应用软件组成了智能手机平台 Android[8]。
1．2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外的温室控制系统在逐渐走向成熟，荷兰运用温室气候控制系统，美国运用GPS控制技术 [12]。荷兰在温室的控制的方面和土地资源的利用方面，都是处于世界领先水平，在一定程度上是基于欧洲比较有优势的工业技术[12]。在温室规模不断扩增的同时，荷兰对温室自动化水平进行了研究，并得到很大的提升[13]。
无线传感器网络在国际上的发展开始于上个世纪的70年代，最初的研究主要放在军事安全和国防建设方面[9]。现今，美国国家航空和宇宙航行局还研制出一种用于监测大范围内气候环境的传感器网络，如宇宙星体表面的气候以及海洋、森林气候等等[10]。
计算机技术得到广泛地应用，计算机数据的采集与控制系统应运而生[11]。以色列采用二氧化碳供给系统结合温室供水、施肥和环境自动化控制，温室内的灌溉已经采用电脑控制和电脑在水质监控，英国采用温室计算机遥控技术[12]。
随着需求量的增加，温室培植的面积也在不断扩大，在有限的人力条件下，只有不断将监控技术转向更为便捷的网络化。
1.2.1 国内研究现状
1970年后，随着地膜覆盖技术被引进，人们熟悉的塑料大棚和日光温室逐渐出现，改良型日光温室、大型玻璃温室和现代化温室在其基础上迅速发展起来[16]。国家农业信息化工程技术研究中心研究的一种环境监测仪器，可对农民常用的温室、大棚、食用菌栽培室的重要环境参数进行的监控，主要包括空气温度、空气湿度、露点温度、土壤温度、光照强度，土壤湿度(选配)[16]。同时，用户可以自行设置该农作物最适宜的生长条件，根据监控数据判断当下环境是否符合，并且能够实现语音传输。在对温室的控制领域方面，中国科学院等单位从不同角度进行了研究，极大地推动了我国温室监控技术的自动化、智能化[17]。
我国政府对无线传感技术的发展也给予了高度的重视，在信息技术的发展纲要里面，还有智能感知技术以及自组网技术这两个项目与之直接相关[14]。我国在文莱20年预见技术的调查报告中，信息领域157项技术课题有7项与传感器网络直接相关[15]。我们不得不说WSN的应用是越来越广泛了，也将给人类带来更多的惊喜。
基于Android智能移动终端迅速普及，研究者开始重视基于Android的移动终端的温室环境远程监控系统，例如：江苏大学针对水产养殖方面，也开发了一套远程监控系统，使用物联网技术，能够实时监控水产的一些环境数据[18]。研究人员开发了基于Android的温室大棚管理信息系统，用户可以通过移动终端方便地监视农作物生长、管理温室环境信息、制定生产计划等[18]。
移动互联网的迅猛发展，腾讯全球新总部滨海大厦在去年的11月正式启用，采用物联网和人工智能技术，是集数字化、智能化于一体的智慧大厦，厉害之处不得不让人大为惊叹。
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