無線傳感網絡技術

課程設計報告學生姓名學號學 院 計算機科學與技術學院專 業 物聯網工程題目智能農業大棚環境監視系統的設計與實現指導教師2016年7月1日目錄1引言 .錯誤！未定義書簽。1.1智能農業大棚應用的背景 錯誤！未定義書簽。1.2智能農業大棚設計的目的與意義 錯誤！未定義書簽。TOC\o"1-5"\h\z2監視系統ZigBee網絡設計方案 12.1ZigBee網絡技術簡介（這個抄一下老師給我們的那個參考） 12.2兩種典型網絡配置結構 錯誤！未定義書簽。2.2.1兩層網絡，系統由兩類點構成： 錯誤！未定義書簽。2.2.2三層網絡，系統由三類點構成： 33智能農業大棚控制系統的總體方案 33.1智能農業大棚的特點 3\o"CurrentDocument"3.2設計的總體思路 .43.3系統分為三個模塊（說一說各部分的功能與工作的流程） 5\o"CurrentDocument"ZigBee無線傳感節點 5\o"CurrentDocument"ZigBee數據匯聚節點 5\o"CurrentDocument"控制系統 .6\o"CurrentDocument"3.4無線傳感器網絡拓撲連接圖 64結論 6\o"CurrentDocument"4.1系統應該完成的功能 6\o"CurrentDocument"4.2心得體會和感悟 .7\o"CurrentDocument"參考文獻 71引言1.1智能農業大棚應用的背景在我國智能農業大棚控制系統還處于發展階段，特別是傳統農業與現代自動化控制技術相結合的研究成果還不夠成熟。在傳統的農業大棚中，澆水、通風，燈光等控制全憑經驗、靠感覺。對農業大棚內的溫度、濕度、光照、二氧化碳的濃度、土壤的酸堿度等環境參數都需要靠人工進行采集，這樣的傳統農業大棚不僅大大耗費人工成本，而且還會因為監測不到位而使農業大棚的環境得不到保障。因此智能的農業大棚應運而生。1.2智能農業大棚設計的目的與意義目的：1） 通過智能化的設計使得大棚的環境得到自動監視，便于管理員通過手機進行實時監查與管理。2） 將大棚內農作物的生長環境與溫室環境有機結合，分析數據并確定適合溫室大棚的控制系統。意義：大大的縮減了人工巡查的成本，同時更加高效的實現了人工智能自動監管，使得農業大棚向信息化，網絡化，智能化的方向發展。2監視系統ZigBee網絡設計方案2.1ZigBee網絡技術簡介ZigBee是一組面向低速無線個人區域（LR-WPAN）的雙向無線通信技術標準。它是基于IEEE802.15.4無線標準研制開發的，有關組網、安全和應用軟件方面的技術標準。其MAC層和物理層協議使用了IEEE802.15.4標準，ZigBee聯盟對網路層協議和API（應用層）進行了標準化，同時還開發了安全層，以保證這種便攜設備不會意外泄漏其標識，這種利用網絡的遠距離傳輸不會被其他節點獲得。與Wi-Fi,Bluetooth等其他無線接入技術相比，ZigBee具有的優勢如下：1、功耗低：工作非常省電，支持休眠狀態。由于周期很短，收發信息功耗較低，以及采用了休眠模式，ZigBee可確報兩節5號電池支持6個月至兩年左右的使用時間；2、 工作頻段靈活：使用的頻段分別為2.4GHz(250Kb/s)、915MHz(40Kb/s)、和868MHz(20Kb/s)均為無須申請的ISM頻段；3、 低成本：由于傳輸速率低，并且協議簡單，降低了成本，另外使用ZigBee協議可以免專利費；4、 組網靈活、網絡容量大：ZigBee可采用星型、樹型和網狀網絡結構，由一個主節點管理若干子節點，最多一個主節點可管理254個子節點；同時主節點還可由上一場網絡節點管理，最多可支持達65000個節點。5、 安全：ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用通用的AES-128,應用層安全屬性可根據需求來配置。6、高保密性：64位出廠編號和支持AES-128加密。ZigBee網絡具有三種拓撲結構，如圖2-3所示。星魅 樹狀 網狀圖2-3ZigBee網絡拓撲結構圖1、 星形拓撲結構：節點之間只有唯一的一條路徑2、 樹狀拓撲結構：當從一個節點向另一個節點發送數據時，信息將沿著樹的路徑向上傳遞到最近的協調器節點，然后再向下傳遞到目標節點。3、 網狀拓撲結構：網狀拓撲結構是一種特殊的、按多跳方式傳輸的點對點的網絡結構，其路由可自動建立和維護，并且具有多種強大的自組織、自愈功能。網絡可以通過“多跳”方式通信，可以組成極為復雜的網絡，具有很大的路由深度和網絡節點規模。2.2兩種典型網絡配置結構2.2.1兩層網絡，系統由兩類點構成：無線傳感器節點，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等；無線網關節點，包括Wi-Fi無線網關或GPRS無線網關。該結構適用于園區已經有Wi-Fi局域網覆蓋，或是可以采用GPRS直接上傳數據的場景。在此結構中，只需要在合適的區域部署無線網關，即可實現傳感器數據的采集和上傳。（本次我所使用）2.2.2三層網絡，系統由三類點構成：無線傳感器節點，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤含水量傳感器、無線光照度傳感器、無線CO2傳感器等；無線網關節點；數據路由器。該結構適用于園區沒有Wi-Fi局域網覆蓋，也不準備采用GPRS直接上傳數據的場景。在此結構中，需要部署數據路由節點和無線網關，無線網關與數據路由節點之間以長距離無線通信方式進行數據的交換，在區域較大，節點間通信距離不足時，無線網關還可以相互之間進行自動數據中繼，擴大監控網絡的覆蓋范圍。3智能農業大棚控制系統的總體方案3.1智能農業大棚的特點通過使用智能無線節點CC2530模塊形成的小型局域網（如下圖所示）。紅色為協調器模塊（小型無線網絡的網關），黃色為功能模塊（子節點包括：溫濕度采集模塊、數字量輸入/輸出模塊等）。采集的數據信息進行分析，最終通過程序將用戶所需要的數據進行顯示；并將其與已經設置好的最適合農作物生長環境的數據范圍進行比較，從而控制農業大棚的環境得以讓農作物更好的生長。智能控制包括：環境溫度，環境適度，光照，通風等。3.2設計的總體思路通過使用智能無線節點ZigBee通訊協議進行小型局域網絡的組建，無線節點的控制，數據的接收與發送都要通過這個局域網絡。首先，控制系統通過農業大棚中的溫濕度傳感器，光照強度傳感器，測定二氧化碳濃度傳感器等一系列傳感器對農業大棚的空氣、環境參數進行采集，以達到遠程監控的目的。然后，智能農業大棚控制系統將采集的數據進行分析，處理，實現自動控制灌溉設備、通風設備、降溫設備、遮陽設備等等。同時，智能農業大棚控制系統還可以通過計算機等通信終端，向管理者推送實時監測信息、報警信息，實現溫室大棚的信息化，網絡化，智能化遠程管理。CCZ53D智能無線節點智能農業大棚事實的流程圖3.3系統分為三個模塊3.3.1ZigBee無線傳感器節點根據總體設計的要求，ZigBee無線傳感節點作為數據的采集節點，負責將溫室大棚里的溫濕度傳感器，光照強度傳感器，二氧化碳傳感器等采集到的數據發送到ZigBee數據匯聚節點，即CC2530智能無線節點。3.3.2ZigBee數據匯聚節點ZigBee數據匯聚節點，即CC2530智能無線節點。USB串口輸出，協調器獲取底層的ZigBee無線傳感節點采集的數據，并將其向上位機轉發，所以ZigBee匯聚節點（協調器）為一個小型局域網的網關。

3.3.3控制系統ZigBee數據匯聚節點將數據整合，然后傳送給控制中心系統，控制中心系統首先將用戶所需要的數據進行顯示；并將獲取的數據與已經設置好的最適合農作物生長環境的數據范圍進行比較，從而控制農業大棚的環境讓農作物更好的生長。智能控制包括：環境溫度，環境適度，光照，通風等。3.4無線傳感器網絡拓撲連接圖木用埋成耳皿■fW機木用埋成耳皿■fW機4結論4.1系統應該完成的功能數據采集與監視功能:可在線實時24小時連續的采集和記錄監測點位的溫度、濕度、風速、二氧化碳、光照、空氣潔凈度等各項參數情況，以數字、圖形和圖像等多種方式進行實時顯示和記錄存儲監測信息，監測點位可擴充多達上百個點。報警功能：可設定各監控點位的溫濕度報警限值，當出現被監控點位數據異常時可自動發出報警信號，報警方式包括：現場多媒體聲光報警、電話語音報警、手機短信息報警等。上傳報警信息并進行本地及遠程監測，系統可在不同的時刻通知不同的值班人員；控制系統自動控制執行設備的功能：如當室內的溫度低于室內農作物的最適生長溫度范圍，則控制系統自動啟動升溫設備。無線傳輸功能：數據集中器端提供具有信號輸出協議的端口，可接通信設備（GPRSIPMODEM等）進行無線傳輸。控制軟件顯示功能：溫濕度監控軟件采用標準windows98/2000/XP全中文圖形界面，實時顯示、記錄各監測點的溫濕度值和曲線變化，統計溫濕度數據的歷史數據、最大值、最小值及平均值，累積數據，報警畫面。4.2心得體會和感悟本次課程設計，時間緊迫，一邊實訓，一邊完成本次的無線傳感網的課程設計。本次課程