基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

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1、基于DSP的全向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 學(xué) 院： 電子與電氣工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 生： 張 波 指導(dǎo)教師： 薛 曉 完成日期 2015 年 5 月 南陽(yáng)理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) Wireless s

2、ensor networks based irrigation system design 總 計(jì) ： 28 頁(yè) 公 式 ： 1 個(gè) 插 圖 ： 20 幅 表 格： 5 個(gè) 南 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) Wireless sensor networks based irrigation system design 學(xué)

3、 院： 電子與電氣工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 生 姓 名： 張 波 學(xué) 號(hào)： 1109635051 指 導(dǎo) 教 師（職稱(chēng)）： 薛 曉（講師） 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： 南陽(yáng)理工學(xué)院 Nany

4、ang Institute of Technology 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電子信息工程專(zhuān)業(yè) 張波 [摘 要] 本文基于無(wú)線傳感器zigbee模塊，搭建出傳輸通信網(wǎng)絡(luò)。以Python語(yǔ)言為軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)用戶(hù)客戶(hù)端。以STC89C52RC為中央處理器來(lái)控制灌溉器的運(yùn)作。在對(duì)系統(tǒng)構(gòu)架分析和構(gòu)思的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)zigbee模塊與客戶(hù)端的連接和zigbee模塊與中央處理器的連接組成了從用戶(hù)控制到灌溉器運(yùn)作的一套流程，這樣就完成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。然后通過(guò)串口調(diào)試

5、助手和編譯器自帶調(diào)試器調(diào)試各個(gè)模塊的通信和控制。最后通過(guò)各個(gè)模塊的連接、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和結(jié)果分析準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感器灌溉器系統(tǒng)的基本要求。 [關(guān)鍵詞] 網(wǎng)狀傳輸模型；傳輸通道；串行通信；處理器 Wireless sensor Networks Based Irrigation System Design Electronic and Information Engineering Zhang Bo Abstract:Based on zigbee wireless sensor module, to build a transport communication networ

6、k. In Python language software development language, design of the user client. In STC89C52RC central processor to control the operation of irrigation. In the analysis of the system architecture and concepts on the basis of irrigation system design of wireless sensor networks. Connection and zigbee

7、zigbee module with the central processor module with the client through the formation of the control from the user to the irrigation device functioning set of processes, thus completing the hardware and software design of wireless sensor networks of irrigation systems. Then comes debugger to debug c

8、ommunication and control of each module through the serial debugging assistant and compiler. Finally, the connection of each module, experimental verification and accurate implementation of the results of the analysis of the basic requirements of the wireless sensor system of irrigation. Key word

9、s: Mesh transmission model; transmission channel; serial communication; processor 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄 1 引言.....................................................................................................................................1 1.1 關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)的總體構(gòu)思...........................

10、................................1 1.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膰?guó)內(nèi)外現(xiàn)狀....................................................................................2 1.3 本課題研究的意義及其發(fā)展方向............................................................................3 1.4 論文整體結(jié)構(gòu)安排.....................................................

11、...............................................4 2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案..........................................................................................4 2.1 系統(tǒng)方案的選擇........................................................................................................4 2.2 控制端設(shè)計(jì)方案.............

12、...........................................................................................2 2.2.1 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選擇................................................................................................2 2.2.2 操作系統(tǒng)選擇...................................................................................

13、.............2 2.3 通信端設(shè)計(jì)方案........................................................................................................4 2.4 處理端設(shè)計(jì)方案........................................................................................................6 2.4.1 51單片機(jī)與STM32單片機(jī)的對(duì)比.........................

14、......................................6 2.5 灌溉器端設(shè)計(jì)方案....................................................................................................8 3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)..................................................................................................8 3.1 控制端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)..................

15、..................................................................................8 3.2 發(fā)送端和接收端模塊選擇與具體實(shí)現(xiàn)....................................................................9 3.3 處理端芯片選擇與實(shí)現(xiàn)...........................................................................................11 3.4 灌溉器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)...

16、................................................................................................13 3.5 系統(tǒng)供電模塊設(shè)計(jì)...................................................................................................14 4 系統(tǒng)調(diào)試與分析............................................................................

17、.....................................15 4.1 系統(tǒng)控制端調(diào)試.......................................................................................................15 4.2 通信端調(diào)試...............................................................................................................16 4.3 處理器控制灌溉器調(diào)試...

18、........................................................................................16 結(jié)束語(yǔ).....................................................................................................................................18 參考文獻(xiàn)................................................................

19、.................................................................19 附錄（圖紙、程序清單）.....................................................................................................20 致謝.................................................................................................................

20、........................25 1、 引言 目前，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)隨著社會(huì)的發(fā)展不斷的進(jìn)入人們的視野里。藍(lán)牙，WLAN,PAN等無(wú)線傳輸方式已經(jīng)家喻戶(hù)曉。同時(shí)人們也認(rèn)識(shí)到，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶給人們生活，工作中的種種便利。以前，一方和另一方通信都需要牽一根線，俗稱(chēng)“牽線”，以至于現(xiàn)在地下埋著各種錯(cuò)綜復(fù)雜的連線線路，并且在使用壽命和維護(hù)方面都很難工作。于是人們開(kāi)始需求一種方法，能夠最小化的利用線路來(lái)傳輸大量的信息，而不再使用那么多的材料。隨之，光纖就問(wèn)世了。光纖的問(wèn)世使得通信在傳輸方面取得了顯著性的進(jìn)步。一根光纖，把網(wǎng)絡(luò)、電話線等可用信息流全部包含在了其中。不僅在材料方面

21、用量較少，使用壽命顯著提高，最值得一提的是它的傳輸信息的速度可達(dá)到每秒可傳輸100億個(gè)數(shù)碼信號(hào)，其傳輸速度之快可想而知。隨著社會(huì)的進(jìn)步，城市的開(kāi)發(fā)，高樓地下室、地下停車(chē)場(chǎng)、地鐵等地下運(yùn)營(yíng)場(chǎng)所的不斷興起，在地下埋光纖的方式越來(lái)越受到大量的限制。并且雖然光纖傳輸?shù)乃俣容^快，但是其每增一個(gè)基點(diǎn)，就要增加一個(gè)支路，而若是其中一個(gè)基點(diǎn)不能正常工作，將會(huì)導(dǎo)致其后的線路也無(wú)法工作，對(duì)生產(chǎn)和生活造成了大量的不便。于是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的傳輸方式被提出來(lái)。因?yàn)榫W(wǎng)狀的傳輸方式一個(gè)基點(diǎn)至少有三條傳輸線路，甚至更多，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)基點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，不會(huì)影響整體的信息傳輸，它可以跳過(guò)壞掉的節(jié)點(diǎn)，尋找能正常工作的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。這樣用戶(hù)就

22、不會(huì)因?yàn)槠渲械囊粋€(gè)基點(diǎn)的損壞而被影響，同時(shí)給維修人員爭(zhēng)取了更多的時(shí)間。 圖1 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)傳輸模型圖 1.1 關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)的總體構(gòu)思 無(wú)線灌溉系統(tǒng)是基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一種人性化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它在搭建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了控制端可移動(dòng)、節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)、終端可移動(dòng)的多重移動(dòng)效果。在人性化設(shè)計(jì)方面，傳輸?shù)木嚯x不會(huì)太遠(yuǎn)，可達(dá)到1600米左右。在控制方面實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)控制。在使用方面，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)越性使得傳輸線路不僅僅只有一條。 傳輸信號(hào) 控制 發(fā)送信號(hào) 系統(tǒng)框圖如下： 處理端 灌溉器 通信端 控制端 圖2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 由系統(tǒng)框圖

23、可知，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由四個(gè)部分組成，首先是控制端用來(lái)接收用戶(hù)發(fā)送的指令，通信端用來(lái)將用戶(hù)的指令傳輸?shù)教幚砥?，處理端是處理器接收到指令后通過(guò)解析發(fā)送控制信號(hào)，去控制灌溉器的運(yùn)作。整個(gè)系統(tǒng)下來(lái)，從用戶(hù)發(fā)送指令到灌溉器去運(yùn)行灌溉，只需要這四個(gè)模塊就可以完成，但這四個(gè)部分是相互聯(lián)系的，共同去完成了灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 1.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膰?guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的巨大應(yīng)用價(jià)值，它已經(jīng)引起了世界許多國(guó)家的軍事部分、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注。美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》認(rèn)為，有十種新興技術(shù)在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)產(chǎn)生巨大影響，其中第一項(xiàng)就是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)標(biāo)情報(bào)的感知能力，信息的綜合能力和信息的利用能力，設(shè)立了一

24、系列的軍事傳感器網(wǎng)絡(luò)研究項(xiàng)目。并且美國(guó)海軍最近還開(kāi)展了網(wǎng)狀傳感器系統(tǒng)CEC的研究。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由無(wú)處不在的、具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)，以多條無(wú)線通信方式構(gòu)成的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布域內(nèi)各種監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，然后傳送給需要信息的用戶(hù)。無(wú)線通信與組網(wǎng)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能，其核心內(nèi)容是通信協(xié)議，通信協(xié)議使傳感器節(jié)點(diǎn)相互之間能夠傳送數(shù)據(jù)，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)整體，從而完成各種復(fù)雜的任務(wù)，是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作的基礎(chǔ)。 到目前為止，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)青年計(jì)算機(jī)科技論壇于2014年在北京召開(kāi)了中國(guó)第一次關(guān)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的專(zhuān)題報(bào)告會(huì)，討論了無(wú)線

25、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其在中國(guó)的發(fā)展問(wèn)題。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工作人員不能長(zhǎng)時(shí)間停留在現(xiàn)場(chǎng)觀察設(shè)備是否運(yùn)行正常，此時(shí)便需要利用無(wú)線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)采集。目前國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模型利用的方面也非常多。比如在通信方面，手機(jī)通信、廣播通信等都是通過(guò)在各地建立信號(hào)塔的方式作為信號(hào)傳輸?shù)幕荆瑏?lái)中轉(zhuǎn)繼送傳送的信號(hào)。在國(guó)內(nèi)外利用的衛(wèi)星定位，同樣也是將在對(duì)地球采集的信號(hào)先發(fā)送到外太空的衛(wèi)星上，再由人們通過(guò)提取想要的衛(wèi)星信號(hào)，來(lái)觀看需要的信息。并且國(guó)內(nèi)的許多研究機(jī)構(gòu)都已經(jīng)開(kāi)始對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了跟蹤研究。毋庸置疑，跟蹤國(guó)外傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，并做出開(kāi)創(chuàng)性的研究工作，對(duì)我們國(guó)家國(guó)防現(xiàn)代化以及實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的發(fā)展也

26、具有重要的意義。 1.3 本課題研究的意義及其發(fā)展方向 本課題基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)搭建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，從移動(dòng)設(shè)備中發(fā)送相關(guān)命令到終端設(shè)備中，從而控制終端的外圍設(shè)備運(yùn)作。由此課題可知，其設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的就是利用軟件編程方式去制作應(yīng)用軟件。目前社會(huì)上軟件編程的軟件語(yǔ)言很多，其中python語(yǔ)言是一種新興軟件腳本語(yǔ)言，具有很大的發(fā)展前途。 圖3 python語(yǔ)言與其他軟件語(yǔ)言對(duì)比 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的搭建使得信號(hào)在傳輸過(guò)程中能夠更加自主、方便的選擇傳輸?shù)缆?，其利用?jié)點(diǎn)的路由屬性，可以使其在距離上的限制大大的減少，更從使用和維修方便更加方便和人性化。我們知道網(wǎng)狀的傳輸模式使得信號(hào)傳輸不受線路的

27、制約，如若其中一條線路受到破壞，則還會(huì)有其他的線路可供傳輸選擇。這樣用戶(hù)就不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)節(jié)點(diǎn)的損壞而耽誤正常的生活、生產(chǎn)。這種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在中短距離傳輸過(guò)程中極其可靠，利用無(wú)線 傳感器搭建起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，使不用的用戶(hù)在不同的區(qū)域都可得到應(yīng)用。其終端的可移動(dòng)特性使得用戶(hù)解除了固定位置的限定，哪個(gè)地方需要信息，就可以直接把傳感器放到那個(gè)地方便于接收和發(fā)送。在生產(chǎn)方面，無(wú)線傳感器不像其它無(wú)線設(shè)備那樣，其具有很好的穩(wěn)定性、可維護(hù)性、可操作性。在價(jià)格方面，也是比較低廉的，對(duì)大多數(shù)使用者都是可以很好的承擔(dān)和使用的。 目前這種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制的一些場(chǎng)所里使用比較頻繁，但其中的價(jià)值肯定不單單于此。隨著

28、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的迅速興起，網(wǎng)絡(luò)的傳輸也慢慢成為主流。在許多大樓中隨處可見(jiàn)許多網(wǎng)線的拉扯，若利用組成這種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸，則利用一臺(tái)主路由器，幾臺(tái)分路由器就可以把網(wǎng)絡(luò)覆蓋整座大樓。另外，隨著無(wú)線充電的興起，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的搭建，組成無(wú)線供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，這樣家家戶(hù)戶(hù)只需安裝一個(gè)接收供電的無(wú)線模塊，則一家的供電問(wèn)題就可以解決了，不必再扯拉許多類(lèi)型的電線進(jìn)行遠(yuǎn)距離供電了。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的利用肯定定不僅僅于此，相信在未來(lái)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸將以它的靈活性、高速度的傳輸效率發(fā)揮更大的作用。 1.4 論文整體結(jié)構(gòu)安排 論文闡述了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的灌溉器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。從整體流程設(shè)計(jì)到各個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，論文介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，

29、從系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，到元器件選擇，再到各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)，最后調(diào)試整體效果。本論文可以分為四個(gè)部分如下表： 章節(jié) 內(nèi)容 第一部分 引言：介紹無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以其國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展意義 第二部分 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案選擇及其元器件的選擇 第三部分 具體模塊設(shè)計(jì)：系統(tǒng)中各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四部分 調(diào)試：系統(tǒng)的調(diào)試、分析與總結(jié) 表1 論文整體組織結(jié)構(gòu)圖 2、 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案 2.1 系統(tǒng)方案的選擇 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)是通過(guò)外部操作者發(fā)送控制指令，然后將指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到灌溉器實(shí)行灌溉。因此其設(shè)計(jì)方案為： 方案一：利用外部機(jī)械按鍵發(fā)送信號(hào)，通過(guò)處理器接收

30、并處理然后經(jīng)由無(wú)線傳感器組成的特定頻率的電磁波網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制端，控制端處理器通過(guò)解調(diào)調(diào)制過(guò)的信號(hào)再去控制抽水噴頭的運(yùn)作。 方案二：利用客戶(hù)端軟件發(fā)送信號(hào)，信號(hào)由節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂贫?，控制端接收信?hào)并控制灌溉器的運(yùn)作。 綜合比較，方案一需要利用外部的機(jī)械按鍵進(jìn)行發(fā)送信號(hào)，其穩(wěn)定性較差。并且按鍵信號(hào)需要處理器來(lái)進(jìn)行接收再經(jīng)處理器發(fā)送到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)端，最后到達(dá)控制端。對(duì)處理器的資源利用率不高造成浪費(fèi)。但其制作簡(jiǎn)單易行，可以完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。對(duì)于方案二，利用客戶(hù)端軟件發(fā)送的信號(hào)，確保了信號(hào)的穩(wěn)定性，其節(jié)點(diǎn)的傳輸方式，使得傳輸更有針對(duì)性。而它則需要不同的地方增加節(jié)點(diǎn)。根據(jù)比較，系統(tǒng)選

31、擇第二套方案實(shí)行。 2.2 控制端設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)中控制端是用于用戶(hù)輸入控制指令信號(hào)，并將信號(hào)保存交由發(fā)送端。其作用用于識(shí)別用戶(hù)的控制指令，并轉(zhuǎn)換為有效信號(hào)作為傳輸。系統(tǒng)利用客戶(hù)端軟件完成對(duì)用戶(hù)信號(hào)的采集。同時(shí)，軟件開(kāi)發(fā)要考慮對(duì)操作系統(tǒng)的，不同的操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用人群。軟件的運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)的要求也不同。因此對(duì)操作系統(tǒng)的選擇將影響整個(gè)灌溉系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 2.2.1 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選擇 目前對(duì)于軟件的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有很多，其中被廣泛使用的包括：java語(yǔ)言、C++語(yǔ)言、C#語(yǔ)言、Visual Basic語(yǔ)言、python語(yǔ)言等。 圖4 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言使用比例圖 u Java語(yǔ)言：java語(yǔ)

32、言是一種面向?qū)ο?、跨平臺(tái)、泛型編程的軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。其引進(jìn)的虛擬機(jī)原理可以使得java語(yǔ)言運(yùn)行于不同的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。并對(duì)程序提供了安全管理器，方式非法病毒的訪問(wèn)。其分布式的結(jié)構(gòu)使得應(yīng)用起來(lái)就像操作電腦文件一樣容易。Java語(yǔ)言的分類(lèi)清晰，可以在分部環(huán)境中維護(hù)程序及其分類(lèi)。 u C++:C++語(yǔ)言是一種支持多泛型的通用編程語(yǔ)言，是使用最為廣泛的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、過(guò)程化程序設(shè)計(jì)、泛型程序設(shè)計(jì)以及基于原則設(shè)計(jì)等多種設(shè)計(jì)風(fēng)格使得在程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域獨(dú)占一方。出于對(duì)語(yǔ)言簡(jiǎn)潔性和運(yùn)行高效性方面的考慮，C++的很多特性都需要以庫(kù)或者其他形式來(lái)進(jìn)行提供，而并不是直接添加到語(yǔ)言本身里去。 u Pyth

33、on語(yǔ)言：Python語(yǔ)言語(yǔ)法清晰而簡(jiǎn)潔，其中它的連接作用可以很輕松的把用其它語(yǔ)言制作的模塊像膠水一樣連接到一起。Python語(yǔ)言在設(shè)計(jì)上秉承了清晰化一的風(fēng)格，其設(shè)計(jì)宗旨是對(duì)于一個(gè)固定的問(wèn)題，只要尋求一種最好的解決方式就可以了。更是在腳本語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)方面，達(dá)到了用法簡(jiǎn)潔、使用高效的效果。 u Visual Basic語(yǔ)言：BASIC語(yǔ)言是高階程序式的一種語(yǔ)言，是一種為初學(xué)者設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它在編寫(xiě)完成后不需要經(jīng)由編譯和鏈接等過(guò)程操作就可以直接進(jìn)行運(yùn)行，但若想單獨(dú)運(yùn)行時(shí)仍需要?jiǎng)?chuàng)建成工程文件。而在和操作系統(tǒng)方面，它的語(yǔ)言能夠配合電腦的操作功能得以充分發(fā)揮，使得它收到廣大程序員們的喜愛(ài)。 u

34、C#語(yǔ)言：C#語(yǔ)言是一種穩(wěn)定的、優(yōu)雅的、安全的、簡(jiǎn)單的、由C語(yǔ)言和C++語(yǔ)言衍生出來(lái)的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言。并一起強(qiáng)大的操作能力、創(chuàng)新的語(yǔ)法特性、強(qiáng)大的操作能力和便捷的面向組件編程能力成為ECMA與ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。它還為自己增加了源代碼版本定義等新特性，使得其在開(kāi)發(fā)領(lǐng)域贏得了一席之地。 2.2.2 操作系統(tǒng)選擇 對(duì)于軟件的開(kāi)發(fā)，操作系統(tǒng)的選擇也是一個(gè)必不可少的問(wèn)題，目前軟件的運(yùn)行的操作系統(tǒng)大多是Linux或者紅帽等軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。然后現(xiàn)在用戶(hù)大多都使用的則是微軟的windows操作系統(tǒng)，因此對(duì)于操作系統(tǒng)的選擇，更需要滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。 操作系統(tǒng) 系統(tǒng)簡(jiǎn)介或配置要求 Linux 免費(fèi)試用，

35、自由傳播的類(lèi)Unix操作系統(tǒng)、多種運(yùn)行平臺(tái)、嵌入式系統(tǒng) Windows XP 配置：CPU 233MHZ、內(nèi)存 64MB、硬盤(pán) 1.5GB、顯卡 4MB顯卡 Windows 7 畫(huà)面更加美觀，搜索和使用信息更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)更加安全不易遭受攻擊 Windows 8 使用統(tǒng)一的可擴(kuò)展固件界面，支持ARM架構(gòu)的系統(tǒng),支持NFC近距離通信 表2 操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介 系統(tǒng)利用操作系統(tǒng)來(lái)運(yùn)行控制端的軟件，對(duì)于操作系統(tǒng)的選擇有以下幾方面需要考慮： 1　 ：對(duì)于電腦本身配置的選擇，不同的電腦配置適應(yīng)不同的層次操作系統(tǒng)。 2　 ：對(duì)設(shè)計(jì)要求的高低，選擇出適當(dāng)類(lèi)型的操作系統(tǒng) 3　 ：考慮用戶(hù)對(duì)操

36、作系統(tǒng)的熟練使用度，選擇使用率較高的系統(tǒng)面向用戶(hù)。 2.3 通信端設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)的通信端是想把控制端的用戶(hù)輸入的信號(hào)，通過(guò)通信端給發(fā)送出去，由此可知，通信端包括兩部分，發(fā)送端和接收端。發(fā)送端負(fù)責(zé)發(fā)送控制端用戶(hù)輸入的信號(hào)，而接收端則接收發(fā)送端發(fā)送出來(lái)的信號(hào)。因此，通信端的兩個(gè)部分就因?yàn)槭且粚?duì)相互通信的設(shè)備。而現(xiàn)在目前市場(chǎng)上負(fù)責(zé)通信的模塊也很多，比如藍(lán)牙模塊，NRF無(wú)線模塊，無(wú)線WLAN以及zigbee無(wú)線模塊等。 1. 藍(lán)牙模塊簡(jiǎn)介 無(wú)線藍(lán)牙串口模塊HC05是一種主從一體的模式，無(wú)線藍(lán)牙串口分為兩個(gè)模塊，一個(gè)是藍(lán)牙適配器，插在電腦上的。另外一個(gè)是藍(lán)牙模塊，插在處理器上的。在用法上

37、，藍(lán)牙適配器適用于所有藍(lán)牙設(shè)備和電腦進(jìn)行通信，符合BlutoothV2.0+EDR的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，理論上可傳輸距離達(dá)到100米，屬于短距離通信，并且最多允許7個(gè)藍(lán)牙串口設(shè)備同時(shí)連接，支持win7、win8等通用PC機(jī)操作系統(tǒng)。 其模塊引出四個(gè)引腳分別是VCC、GND、TXD、RXD，并且從模塊的接口可以直接與各種單片機(jī)處理器相連接，在使用時(shí)，配對(duì)之后當(dāng)作全雙工串口使用，根根本不需要了解任何的藍(lán)牙協(xié)議。用法明確，操作簡(jiǎn)單，對(duì)于剛接觸無(wú)線通信的技術(shù)員是個(gè)很好的模塊選擇。 圖5 無(wú)線藍(lán)牙串口模塊 2. NRF無(wú)線模塊 目前NRF無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，并在中短距離傳輸領(lǐng)域占據(jù)了

38、一方之地。在當(dāng)前使用頻率上，屬NRF2401和NRF905最高。其傳輸特點(diǎn)屬于多頻點(diǎn)傳輸，最多支持125個(gè)頻點(diǎn)，滿(mǎn)足多點(diǎn)通信和調(diào)頻通信的需要。而NRF2401模塊更是采用了穩(wěn)定過(guò)的CH340T芯片作為USB轉(zhuǎn)串口，內(nèi)置的看門(mén)狗防司機(jī)程序，完全勝任環(huán)境惡劣的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 其N(xiāo)RF2401無(wú)線模塊支持AT明了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)配置，更是支持Server2003、VISTA、win7-win8/32-64位各種操作系統(tǒng)。其與藍(lán)牙相比，可以使傳輸距離更遠(yuǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)操作藍(lán)牙串口10米左右的傳輸距離。 圖6 NRF無(wú)線傳感器模塊 3. 無(wú)線WLAN模塊 無(wú)線WLAN串口模塊是一

39、種基于ESP8266串口的的WIFI無(wú)線傳輸模塊，其傳輸距離屬于WIFI遠(yuǎn)距離傳輸類(lèi)型模塊，由于其具有強(qiáng)于其他無(wú)線傳輸模塊的穿墻能力，使得其在無(wú)線傳輸中備受關(guān)注。無(wú)線WLAN傳輸模塊的優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格便宜、體積較小、功能強(qiáng)。大，其內(nèi)部跑的是LWLP協(xié)議，方便嵌入到其它產(chǎn)品中。其運(yùn)行模式有三種：AP、STA、AP+STA三種模式，并且三種模式可以共同存在。無(wú)線WLAN模塊使用完善簡(jiǎn)潔高效的AT指令，讓使用者更加方便、快捷。 圖7 無(wú)線WLAN傳輸模塊及其PCB圖 4. Zigbee無(wú)線傳感器模塊 Zigbee技術(shù)是一種低功耗、短距離、低成本的雙向無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。Zigbee聯(lián)盟開(kāi)發(fā)了

40、一種安全層，用來(lái)保證這種便攜式設(shè)備不會(huì)意外的泄露其信息，并且，這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸更是不會(huì)被其他節(jié)點(diǎn)所獲取。每一個(gè)zigbee系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)只有僅有一個(gè)zigbee的協(xié)調(diào)器，它的作用是最開(kāi)始選擇網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)識(shí)，并開(kāi)始這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。然后zigbee路由開(kāi)始允許其它設(shè)備加入到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行查找、建立、修復(fù)網(wǎng)絡(luò)，并負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)辛哈指令。最后zigbee的終端節(jié)點(diǎn)是出于網(wǎng)絡(luò)的最邊緣，主要任務(wù)是發(fā)送或者接收信息，并且它是不能轉(zhuǎn)發(fā)信息的。通常在我們用這個(gè)模塊的時(shí)候它是待機(jī)狀態(tài)，不用的時(shí)候一般都會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的休眠，以確保節(jié)能環(huán)保。 圖8 Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊 2.4 處理端設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)的處理端主要負(fù)

41、責(zé)接收用戶(hù)傳送過(guò)來(lái)的指令，并根據(jù)解析的指令去控制灌溉器進(jìn)行灌溉。根據(jù)處理端需要完成的任務(wù)要求，系統(tǒng)需要在這里設(shè)置一個(gè)中央處理器來(lái)完成對(duì)信號(hào)的接收和外部設(shè)備的控制。目前中央處理器的種類(lèi)更是成千上萬(wàn)，考慮到對(duì)芯片使用熟練度的問(wèn)題，因此選擇使用課堂上老師講過(guò)的或者使用比較熟練的較為合適。這里列出51單片機(jī)和STM32單片機(jī)的對(duì)比。 2.4.1 51單片機(jī)與STM32單片機(jī)的對(duì)比 單片微型計(jì)算機(jī)成為單片機(jī)，是一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。隨著單片機(jī)迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了許多高性能新型機(jī)種，已逐漸成為工廠自動(dòng)化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)。下面介紹兩款

42、常用的單片機(jī)--51單片機(jī)和STM32單片機(jī)。 單片機(jī)類(lèi)型 簡(jiǎn)介及優(yōu)缺點(diǎn) 51單片機(jī) 使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,片上集成512字節(jié)RAM，用戶(hù)應(yīng)用程序空間可達(dá)到64K字節(jié)。 優(yōu)點(diǎn)：功能齊全、抗干擾能力強(qiáng)、兼容性較好、網(wǎng)上的資料較多，編譯環(huán)境較為簡(jiǎn)潔，對(duì)于初學(xué)者容易接受和使用。價(jià)格低廉。 缺點(diǎn)：功能實(shí)現(xiàn)單一、需要增加多種外設(shè)、處理器速度較慢。 STM32單片機(jī) 使用ARM架構(gòu)內(nèi)核，32位的Core-M3處理器。最高工作頻率可達(dá)72MHz，存儲(chǔ)器達(dá)到128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM,外設(shè)齊全。 優(yōu)點(diǎn)：功能高效

43、且齊全，擁有多種外設(shè)，處理器處理數(shù)據(jù)速度較高。 缺點(diǎn)：指令集過(guò)多，需要使用官方庫(kù)函數(shù)。功能寄存器較多，不適合初學(xué)者學(xué)習(xí)。價(jià)格較貴。容易大材小用。 表3 51單片機(jī)與STM32單片機(jī)簡(jiǎn)介 2.5 灌溉器端設(shè)計(jì)方案 灌溉器端是處理器控制的外部設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)灌溉的目的。 圖9 灌溉器及其噴頭 正如上圖所示，目前灌溉器的種類(lèi)繁多，并且在大小公園、草地隨處可見(jiàn)各種灌溉器。社會(huì)上的灌溉器大多都是利用機(jī)械原理進(jìn)行園地的灌溉。而作為系統(tǒng)而言，則更傾向于利于控制的灌溉器件。 l 機(jī)械灌溉器：安裝簡(jiǎn)單，易于控制人員操作。但只能機(jī)械轉(zhuǎn)向，純自動(dòng)控制，不能人為控制其轉(zhuǎn)向。 l 抽水噴水機(jī)：實(shí)

44、質(zhì)是一個(gè)噴水電機(jī)，利用電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行抽水噴水，價(jià)格便宜，利于控制，且可人為控制其灌溉。 3、 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn) 3.1 控制端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在控制端需要接收用戶(hù)的控制指令，利用客戶(hù)端軟件來(lái)完成控制端的要求。根據(jù)上述各種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的比較，這里系統(tǒng)選擇Python語(yǔ)言編寫(xiě)一個(gè)腳本軟件，因?yàn)樗牟僮骱?jiǎn)單，控制容易，解決問(wèn)題的方法比較明確，用起來(lái)較為方便，能夠滿(mǎn)足對(duì)系統(tǒng)控制端的需求。它主要用來(lái)打開(kāi)串口，并監(jiān)測(cè)鍵盤(pán)的按鍵，同時(shí)對(duì)有效按鍵進(jìn)行信息采集并發(fā)送。由于windows8的用戶(hù)量較大，且其具有兼容性好，穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，因此系統(tǒng)選擇windows8作為客戶(hù)端軟件設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)。

45、 3.1.1 軟件開(kāi)發(fā)流程設(shè)計(jì) 開(kāi)始 IDLE(python GUI)是python程序開(kāi)發(fā)的基本集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，繼承了IDE的功能。具有語(yǔ)法加亮、基本文本編輯、段落縮進(jìn)、調(diào)試程序等基本功能。其強(qiáng)大的功能使得它非常實(shí)用，沒(méi)有其內(nèi)存地址和變量?jī)?nèi)容，都可以進(jìn)行同步和其他的分析。下面是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件流程圖： 失敗 打開(kāi)串口 成功 監(jiān)控按鍵信息 否 有效信息 是 串口發(fā)送出去 結(jié)束 圖10 串口發(fā)送軟件流程圖 3.1.2 驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě) 根據(jù)軟件流程圖可知首先需要一個(gè)串口，這個(gè)串口是發(fā)送模塊

46、與PC機(jī)相連接的串口，這個(gè)軟件需要打開(kāi)它，在python中可以調(diào)用serial模塊，利用serial模塊中的Serial()函數(shù)進(jìn)行串口的打開(kāi)。其串口傳輸必須設(shè)置相同的波特率，這里我們?nèi)藶橐?guī)定所有數(shù)據(jù)傳輸都用9600Mpbs來(lái)進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)位為8位，沒(méi)有校驗(yàn)位，停止位是1位。然后我們得知道其狀態(tài)，就必須有一個(gè)狀態(tài)顯示框去顯示其是否打開(kāi)成功，最后就是開(kāi)始監(jiān)測(cè)用書(shū)鍵盤(pán)的輸入，但是對(duì)于鍵盤(pán)的輸入并不是所有的都是有效信號(hào)，因此在這里應(yīng)該做一下過(guò)濾，把有效的信號(hào)保存，并通過(guò)write()函數(shù)發(fā)送出去。下面是軟件的界面： 圖11 控制端操作界面 由控制界面可知，在這里，用戶(hù)可以輸入需要打開(kāi)的C

47、OM，這個(gè)COM串口必須是和發(fā)送端模塊相連接的串口，不然就算打開(kāi)也不會(huì)發(fā)送出去。輸入完串口號(hào)點(diǎn)擊Open COM就可以打開(kāi)串口了，如果打開(kāi)成功，后面的狀態(tài)欄就會(huì)顯示COM串口打開(kāi)成功，若是想關(guān)掉就直接點(diǎn)擊Close COM就可以了，同樣狀態(tài)指示欄會(huì)顯示當(dāng)前串口打開(kāi)情況。若是狀態(tài)指示欄顯示串口打開(kāi)成功，則用戶(hù)就可以按下鍵盤(pán)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行控制灌溉機(jī)了。下圖是幾個(gè)按鍵含義： 鍵盤(pán)按鍵 狀態(tài)顯示 操作含義 ‘W’ ‘GO UP’ 打開(kāi)噴水機(jī)噴頭 ‘S’ ‘GO DOWN’ 關(guān)閉噴水機(jī)噴頭 ‘A’ ‘GO LEFT 向左旋轉(zhuǎn)噴頭 ‘D’ ‘GO RIGHT’ 向右旋轉(zhuǎn)噴頭

48、 ‘ESC’ ‘EXIT’ 退出 表4 鍵盤(pán)按鍵操作釋義 由操作釋義可知，當(dāng)用戶(hù)按下鍵盤(pán)“W”鍵時(shí)，灌溉器的噴頭開(kāi)關(guān)就會(huì)打開(kāi)，灌溉就會(huì)開(kāi)始，然后“A”、“D”鍵用來(lái)控制舵機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)控制噴頭向左，向右轉(zhuǎn)。當(dāng)灌溉進(jìn)行完畢后就可以按下“S”鍵就可以關(guān)閉灌溉器噴頭了。若是想關(guān)閉控制界面就按下鍵盤(pán)上的“ESC”關(guān)閉控制界面就可以了。 3.2 發(fā)送端和接收端模塊選擇與具體實(shí)現(xiàn) 根據(jù)系統(tǒng)方案的對(duì)于，zigbee模塊的通信速率低、協(xié)議簡(jiǎn)單、成本低廉、工作頻段靈活、ZigBee協(xié)議免專(zhuān)利費(fèi)、安全性高等優(yōu)點(diǎn)讓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加實(shí)用、完美。因此無(wú)線網(wǎng)絡(luò)灌溉系統(tǒng)選用zigbee模塊作為系統(tǒng)的傳輸端模塊。

49、 圖12 zigbee最小系統(tǒng)板原理圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，zigbee模塊相當(dāng)于一個(gè)串口線，用于不用處理器之間的互相通信。由zigbee工作原理可知，每個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)都擁有一個(gè)協(xié)調(diào)器作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)創(chuàng)建和維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，為每個(gè)加入該網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址。其它節(jié)點(diǎn)的加入需要設(shè)置相同的波特率，相同的頻道和允許其它節(jié)點(diǎn)加入。對(duì)于其它加入模塊則設(shè)置成傳感器節(jié)點(diǎn)屬性，但也需要相同的頻道和波特率。通過(guò)配置節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)搭建，其它分節(jié)點(diǎn)模塊再加入，這樣就組成了zigbee網(wǎng)絡(luò)的搭建和組網(wǎng)。 利用組成的zigbee網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)的指令就可以通過(guò)此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，把信號(hào)從控制端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)

50、節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)教幚矶诉M(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的灌溉系統(tǒng)。 3.3 處理端芯片選擇與功能實(shí)現(xiàn) 根據(jù)系統(tǒng)方案的對(duì)比研究，處理端主要負(fù)責(zé)對(duì)用戶(hù)信號(hào)的的接收，并進(jìn)行信號(hào)解析然后去控制外圍設(shè)備也就是灌溉器的運(yùn)作。通過(guò)51單片機(jī)和STM32單片機(jī)的選擇比較，系統(tǒng)用只是利用處理端進(jìn)行串口數(shù)據(jù)的處理和灌溉器的控制，因此系統(tǒng)選擇8位處理器就可以完成任務(wù)的51單片機(jī)，其功能也較齊全，價(jià)格也便宜，使用起來(lái)比較熟悉。利用STC89C52RC當(dāng)作中央處理器，其作用是把接收的信號(hào)進(jìn)行解析，然后通過(guò)輸入/輸出端口發(fā)送出去控制外圍的一些設(shè)備。 3.3.1 單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì) STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)如下

51、圖所示，當(dāng)晶振頻率X1為4MHZ的時(shí)候，電容C2和C3應(yīng)為100pF；晶振頻率X1位6MHZ時(shí)，電容C2和C3應(yīng)為47pF--100pF；晶振頻率X1為12M-25MHZ的時(shí)候，電容C2和C3因?yàn)?7pF。并且阻容復(fù)位時(shí)，電容C1為10pF，電阻R1為10K。RESET管腳內(nèi)部已經(jīng)有4K-100K的下拉電阻。 圖13 單片機(jī)最小系統(tǒng)板實(shí)物圖 uVision4 IDE是一款集編輯，編譯和項(xiàng)目管理于一身的基于窗口的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。uVision4集成了C語(yǔ)言編譯器，宏編譯，鏈接/定位，以及HEX文件產(chǎn)生器。其單片機(jī)軟件流程圖如下： 開(kāi)始 串口接收信息 否 有效

52、信息 是 轉(zhuǎn)向舵機(jī) 噴水電機(jī) 圖14 單片機(jī)控制軟件流程圖 3.3.2 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)程序設(shè)計(jì) 由軟件流程圖可知，利用接收端接收到控制端發(fā)送的信號(hào)后，當(dāng)然中央處理器也必須利用相同的波特率進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收。利用中央處理器的串口收發(fā)功能接收用戶(hù)輸入的信號(hào)，再根據(jù)收到的信號(hào)進(jìn)行解析，根據(jù)上述規(guī)定把相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行處理并去控制外圍設(shè)備。這里處理器利用定時(shí)器1產(chǎn)生波特率，其波特率計(jì)算公式為： 其可以得到定時(shí)器的初始值，因?yàn)槲覀冇玫牟ㄌ芈蕿?600b/s所以得到定時(shí)器1的初始值為0xFD。利用串口中斷函數(shù)實(shí)現(xiàn)接收控制端發(fā)出的信號(hào)，通過(guò)解析其信號(hào)，按照預(yù)先規(guī)定的

53、指令功能實(shí)現(xiàn)其外圍設(shè)備的功能。 在程序中，處理器利用定時(shí)器0來(lái)對(duì)外部舵機(jī)進(jìn)行PWM波輸出控制，產(chǎn)生以20MS為周期的方波。則對(duì)定時(shí)器0進(jìn)行重裝預(yù)定值，通過(guò)一個(gè)IO口輸出此周期的波形，然后再控制其高電平的時(shí)間在0-2.5MS就可以控制其轉(zhuǎn)向。這里我們?cè)O(shè)定了三個(gè)方向如下表所示： 度數(shù) 占空比(ms) 舵機(jī)方位 90度 1.5ms 正中間 45度 1ms 向右轉(zhuǎn) 135度 2ms 向左轉(zhuǎn) 表5 控制器控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向表 處理器對(duì)于灌溉電機(jī)的控制則是當(dāng)收到打開(kāi)指令后便通過(guò)輸入/輸出口發(fā)出高電平指令去控制繼電器的吸合，而后通過(guò)繼電器的吸合再去驅(qū)動(dòng)灌溉電機(jī)的運(yùn)作。 3.4

54、灌溉器端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 灌溉器端就是進(jìn)行噴水灌溉，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的方案比較，由于機(jī)械噴頭的可操控性太差，只能不確定方位的噴水，因此系統(tǒng)選用噴水頭電機(jī)作為灌溉器的主要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品。而利用噴水頭電機(jī)只是單純的進(jìn)行噴水，想要控制其方向的畫(huà)，系統(tǒng)需要添加舵機(jī)進(jìn)行噴水頭的方向控制。因此灌溉器主要包括用繼電器控制的直流噴水電機(jī)和用PWM波控制的舵機(jī)。系統(tǒng)利用中央處理器的輸入/輸出口進(jìn)行控制繼電器模塊，而單片機(jī)IO口的輸出電流極不穩(wěn)定，并且其驅(qū)動(dòng)能力也較差，因此這里我們對(duì)繼電器模塊進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，我們對(duì)繼電器模塊進(jìn)行單獨(dú)供電，而留出一個(gè)控制口，用來(lái)接收中央處理器的控制信號(hào)，在三端口，我們把公共端進(jìn)行

55、接到外部大電流正極端，這里我們利用7.8V的電池進(jìn)行驅(qū)動(dòng)灌溉電機(jī)，而常開(kāi)端接到電機(jī)的正極端，常閉端則不接任何東西，灌溉電機(jī)的負(fù)極就接到7.8V電池的負(fù)極，當(dāng)繼電器吸合的時(shí)候，電機(jī)的正極電流通過(guò)常開(kāi)端流向噴水器，這樣就可以進(jìn)行噴水灌溉了。 而控制舵機(jī)的部分，則就不需要這么麻煩了。由于舵機(jī)的三條線電源線、地線、信號(hào)線。而舵機(jī)需要周期為20MS的PWM，這里系統(tǒng)利用中央處理器中的定時(shí)器產(chǎn)生PWM波，將信號(hào)從單片機(jī)的IO口輸出來(lái)，傳送到舵機(jī)的信號(hào)端，這樣就可以控制舵機(jī)了。而單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力本來(lái)就很弱，并且由于電信號(hào)的干擾，使得單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波信號(hào)及其不穩(wěn)定，然而在控制的時(shí)候需要控制好其電源的

56、供給就可以了。舵機(jī)就可以直接接在單片機(jī)的IO口進(jìn)行控制。因此系統(tǒng)將將噴頭的管子用膠水粘在舵機(jī)的方向轉(zhuǎn)盤(pán)上，這樣就達(dá)到了實(shí)現(xiàn)控制其方向的目的。 3.5 系統(tǒng)的供電模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的供電是貫穿著整個(gè)系統(tǒng)是否能正常工作的關(guān)鍵。在控制端，發(fā)送器需要利用USB串口線進(jìn)行工作，而其獨(dú)立的模塊則需要一個(gè)3.3V的電壓?jiǎn)为?dú)供電，因此在這里選擇了一個(gè)TTL電平轉(zhuǎn)串口的模塊進(jìn)行供電和連接，因?yàn)檫@樣既可以供出3.3V的電壓，而且還與PC機(jī)端的地線是同一個(gè)地。具體如下： 端口號(hào) 功能 GND 地線端 RXD 讀端口 TXD 寫(xiě)端口 3V3 3.3V供電端口 5V 5V供電端口 圖1

57、5 控制端供電模塊及其連接管腳 在實(shí)現(xiàn)端，制作了一個(gè)單獨(dú)的供電模塊，用來(lái)供出不同的電壓和不同模塊之間的供地。其供電效果可以供出3.3V、5V和GND不同的電壓來(lái)，而供電模塊的供電接口又包括，串口線、USB口、圓形電源口三個(gè)接口，可以滿(mǎn)足不同的要求。 圖16 供電模塊原理圖 4、系統(tǒng)調(diào)試與分析 4.1 系統(tǒng)控制端調(diào)試 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制端決定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否能正常向下進(jìn)行。因此控制端的調(diào)試尤為重要?？刂贫苏{(diào)試界面如下： 圖17 PC機(jī)調(diào)試界面 4.2 通信端調(diào)試 在通信端，系統(tǒng)用兩塊zigbee模塊進(jìn)行收發(fā)通信，當(dāng)在調(diào)試的時(shí)候先利用串口調(diào)試助手把兩塊zigbee

58、模塊調(diào)通之后在加入單片機(jī)的中央處理器中去。實(shí)物連接圖為： 圖18 實(shí)物連接圖 下面是利用zigbee模塊把兩臺(tái)電腦連接起來(lái)，一端用控制界面發(fā)送字符，另一端用串口調(diào)試助手接收并顯示字符。如下圖所示： 圖19 串口調(diào)試助手接收到的數(shù)據(jù)信息 4.3處理器控制灌溉器調(diào)試 處理器用的是STC公司的STC89C52RC芯片，因此編譯環(huán)境是利用keil公司的keil4軟件進(jìn)行編寫(xiě)和軟件調(diào)試。當(dāng)控制器能夠成功發(fā)送信號(hào)到處理器端，則處理器首先就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行解析，然后通過(guò)解析出來(lái)的指令去控制灌溉器的運(yùn)作。其調(diào)節(jié)實(shí)物圖如下： 圖20 控制灌溉器實(shí)物圖 4.4總結(jié)與分析 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了

59、基于無(wú)線傳感器的灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)。完成了本次設(shè)計(jì)的基本功能，下面是本次設(shè)計(jì)中主要完成的內(nèi)容： 1) 首先對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)做了整體的構(gòu)思，按照其基本要求一塊一塊的添加模塊，最終達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體要求。 2) 添加控制端軟件APP。利用python語(yǔ)言編寫(xiě)一個(gè)小型腳本語(yǔ)言用來(lái)打開(kāi)串口與發(fā)送數(shù)據(jù)。 3) 調(diào)節(jié)通信端模塊。將zigbee模塊調(diào)節(jié)相通，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸模型。 4) 通過(guò)編寫(xiě)程序使用單片機(jī)去解析信號(hào)并發(fā)送相應(yīng)指令控制電機(jī)、舵機(jī)。 5) 搭建供電模塊電路，畫(huà)出原理圖，焊出實(shí)物板。 6) 制作電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及其控制電路。利用繼電器模塊去控制大電流類(lèi)型的電機(jī)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)灌溉的目的。 由于對(duì)先有模

60、塊知識(shí)的了解有限，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)還存在許多不足之處，以及一些遺留問(wèn)題如下： a. 利用python語(yǔ)言搭建的腳本語(yǔ)言過(guò)于簡(jiǎn)單，界面很是粗糙。 b. 利用zigbee模塊搭建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，但只是實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，并沒(méi)有完全發(fā)揮zigbee強(qiáng)大的組網(wǎng)功能，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。 c. 對(duì)于處理器，只是利用處理器進(jìn)行了串口接收信號(hào)，然后去控制外圍設(shè)備，沒(méi)有做到把模塊具體化?？梢岳肁D采集芯片控制不同電壓的輸入和輸出。 d. 對(duì)于灌溉器部分，只是實(shí)現(xiàn)了將噴水電機(jī)進(jìn)行噴水，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)其噴水的大小、方向任意化及其自動(dòng)化控制。 e. 對(duì)于電源模塊，供電模塊就是有3種，卻利用了多處電源供電，連線復(fù)雜

61、，浪費(fèi)資源，對(duì)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)產(chǎn)生了影響。 28 結(jié)束語(yǔ)： 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本要求，在這段進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間中，對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了整體的復(fù)習(xí)以及實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)通過(guò)軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)共同完成，讓我加深了對(duì)以往學(xué)過(guò)知識(shí)的理解，并通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式，讓我感受到其功能的強(qiáng)大。增強(qiáng)了實(shí)際的操作能力、動(dòng)手能力，在設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)會(huì)了，從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，到解決問(wèn)題，到實(shí)現(xiàn)功能的全部過(guò)程。每個(gè)環(huán)節(jié)，如果當(dāng)時(shí)做的時(shí)候就考慮到了會(huì)出問(wèn)題，那么在解決問(wèn)題的時(shí)候就可以省去一半的精力。在解決問(wèn)題的同時(shí)，也開(kāi)闊了視野。 以后的社會(huì)將是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)遍行社會(huì)，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，可以看到從古代的驛使到現(xiàn)代

62、的internetwork通信，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，人類(lèi)的思想也在不斷的創(chuàng)新。而在未來(lái)的通信中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必將取代先有的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的方式。研究無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸和運(yùn)行，不僅對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工業(yè)的控制，甚至人類(lèi)的以后生活都息息相關(guān)。在對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸研究的過(guò)程中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀傳輸模型又是必不可少的過(guò)度階段，網(wǎng)狀傳輸不僅大大降低了在傳輸過(guò)程中需要用到的材料，并且對(duì)于傳輸中遇到的枝干路問(wèn)題則是得到了大大的改善，網(wǎng)路的并存使得網(wǎng)絡(luò)不會(huì)由于某條線路的損壞而中斷，使得傳輸效率變得更高，更穩(wěn)定。而這其中讓人擔(dān)心的無(wú)線傳輸?shù)膯?wèn)題則是對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性。 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在其傳輸?shù)倪^(guò)程中，肯定會(huì)遇到各種障礙物

63、的干擾和破壞，在城市各種高樓大廈、各種噪音、各種空氣污染，都會(huì)干擾到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男盘?hào)穩(wěn)定問(wèn)題，而在偏遠(yuǎn)的山區(qū)，則是越過(guò)大山，越過(guò)叢林，山區(qū)的空氣又是多變。對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男盘?hào)造成很大影響。而信號(hào)的穩(wěn)定性不確定就會(huì)影響傳輸?shù)男屎退俣取５且驗(yàn)檫@些問(wèn)題，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)才更是值得我們?nèi)パ芯?、去探索、去尋找解決問(wèn)題的方法。 我想在不遠(yuǎn)的將來(lái)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)肯定會(huì)普及到千家萬(wàn)戶(hù)。而網(wǎng)狀傳輸模型更是不斷的更新?lián)Q代，為人類(lèi)的生活和生產(chǎn)提供更大、更好的幫助。 參考文獻(xiàn)： [1] 《數(shù)字信號(hào)處理》趙春暉 電子工業(yè)出版社 2008年4月 [2] 《模擬電路》 華成英編 清華大學(xué)出版社 [3]

64、 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 閻石 高等教育出版社 2006 [4] 《基于zigbee的無(wú)線管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 姚引娣 電子技術(shù)應(yīng)用2007年5月 [5] 《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》 （第3版）徐科軍等編著，電子工業(yè)出版社 2011年8 [6] 《zigbee與藍(lán)牙的分析與比較》 金純 標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)追蹤 2004 [7] 《電子電路設(shè)計(jì)制版與仿真》 高有堂編著 鄭州大學(xué)出版社 [8] 《現(xiàn)代電力電子學(xué)與交流傳動(dòng)》 李春菊 北京機(jī)械工業(yè)出版社 2005 [9] 高有堂.電子電路設(shè)計(jì)制板與仿真PROTEL DXP[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社,2005.1:38-187 [10] 隋承浩.高速數(shù)據(jù)采

65、集、處理與傳輸?shù)南到y(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué),2010.06:9-15 [11] 朱清慧,張鳳蕊,翟天嵩,王志奎. Proteus教程—電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社,2008.9:1-5 [12] 苗裕，鄭喜鳳，許開(kāi)歡，王瑞光. 單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2000:215-244 [13] 樊京,李向江.一種VB 和單片機(jī)進(jìn)行串行通信的可靠協(xié)議[J].信息技術(shù),2006.07:1-3 附錄： 控制端程序 Import serial Import pyHook import pythoncom Impo

66、rt wx #ser = serial.Serial( ) def my_open(event): global ser ser = serial.Serial(int(filename.GetValue( )) - 1) if ser.isOpen( ): showname.SetValue("Open COM Success!") hm = pyHook.HookManager( ) hm.KeyDown = onKeyboardEvent hm.HookKeyboard( ) pythoncom.PumpMessages( ) else: showname.SetValue("Com error!") def my_close(event): if ser.isOpen( ): ser.close( ) else: