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无线传感器网络在温室大棚中的应用

无线传感器网络在温室大棚中的应用
无线传感器网络在温室大棚中的应用

0引言

农业生产具有季节性的特点,温室大棚可以帮助克服农业生产的季节性,提高农业生产效率。温室大棚内影响农作物生长的多方面因素,如温度、湿度、光照和空气流通情况等。为了达到农业生产的优质高效,对上述各种环境参数的量化控制很重要。无线网络技术的出现满足了农业生产技术的信息化、网络化的要求,因为其自主性组网、分布式监测等特点在温室大棚中进行实时数据采集提供了保障,例如农作物生长的土壤pH值、湿度、温度等环境参数。以无线传感器网络技术为主要特点的温室大棚信息化监测系统可以实时反馈温室大棚中各个不同地点的环境信息,将这些数据传送到监控中心并与最佳农作物生长的环境信息进行比较,有效并及时地处理温室大棚的各项环境参数信息,尽可能地为促进温室大棚中农作物的生长提供良好的环境,进一步提高农作物的质量和产量。

无线传感器网络是是部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线电通信形成一个多跳的自组织网络系统,主要是更好的感知、采集和处理网络覆区域被监测的对象的环境参数信息,可以使人们实时获取大量详实而可靠的信息。随着无线传感器网络中的数据融合、路由协议、时间同步、节点定位、能耗等问题的进一步的解决,无线传感器网络以其较高的科技性、高效性和实用性可以直接推动其在各个领域的广泛应用。

1ZigBee无线传感器网络

智能温室大棚是一个庞大的系统,本文设计的无线传感器网络是针对智能温室大棚的环境监测而设计的。整个无线传感器网络由温度、湿度、感光度等传感器子节点构成,不同的子节点采集不同的环境数据,采集到的环境数据通过无线射频模块发送到主控制器或者其他节点。主控制器根据接收到的环境数据,结合控制策略,将控制指令通过无线传感器传输到终端控制器。如某个温室大棚检测温度A1℃通过无线传感器网络传输到主控制器,而控制策略的期望值是A2℃,于是主控制器就将调节空调温度数据的指令发送到终端控制器。无线传感器网络主要完成环境数据的采集、处理以及传输等功能。

在温室大棚传感器网络中,对如温度、亮度以及湿度等环境数据的传输速率要求不是很高,而对控制设备的功耗要求比较高。目前常用的几种短距离无线通讯技术主要有Bluetooth技术和ZigBee技术。通过对比对这几种通讯技术,由于ZigBee协议具有低功耗、低数据传输速率、低成本等特点,智能温室大棚采用ZigBee协议。

ZigBee是一种新兴的低速率短距离的无线通信技术,是ZigBee 技术联盟(ZigBee Alliance)所主导的无线传感网络技术标准之一。Zigbee主要用于近距离无线连接,通信速率要求低于蓝牙,由电池供电节点设备提供无线通信功能,并希望在不换供电设备的情况下能正常工作。Zigbee依据IEEE802.15.4标准,在一定的频段上用(全球2.4GHz,美国915MHz,欧洲868MHz)数千个传感器来构建无线传感器网络,利用WSN分布式等特点相互合作实现网络的整体通信。多个传感器节点只需要相对很少的供电能量,通过无线电波将数据从一个传感器节点按照一定的网络协议传到另一个传感器节点,所以通信效率较高。由于ZigBee技术具有通信范围较小及低数据速率的特点,决定了其技术适合于承载数据流量相对较小的业务领域。随着各种传感设备的复杂度、通信距离的加大,其能量消耗以及网络的系统成本都在进一步加剧,当然这也是我们所要研究的问题这一。

2无线节点设计

2.1硬件实现

智能温室大棚的网络系统包含一个主控节点及温度、湿度等采集节点、其他控制节点。主控节点是整个网络的核心,用于监控各个节点的状态,从各个监测节点获取信息,根据这些信息自动采取操作,或通过用户对主控设备的操作,向各个节点发出控制指令,控制灌溉、调温等设备的开闭及调节等。负责采集居室内的温度,湿度等各种环境参数,将数据反馈到主控,进而可能采取自动调节居室环境的控制操作。其它控制节点负责控制采光、通风等设施的各种操作。

根据不同的应用场合,无线传感器节点的组成也不相同,其硬件主要是由数据采集、数据收发、数据处理和电源4个部分构成:(1)数据采集负责对环境的温度、湿度、光照等参数的采集,采集到的数据交由微控制器处理;

(2)数据收发负责与其他节点的数据通讯,由CC2480无线射频模块构成;

(3)数据处理负责对传感器模块采集到的各种数据以及数据收发模块收到的数据进行处理;

(4)电源负责单片机、无线射频模块以及传感器等器件的供电。

主控制器MSP430系列单片机最大特点是超低功耗和功能集成。其工作电压为1.8~3.6V,待机电流小于1μA,通过控制位可以设定1种活动模式和5种低功耗模式,同时内部集成有丰富的片内外设,包括JTAG调试接口。本设计中数据收发模块采用TI公司的CC2480,其内部结合有ZigBee射频前端和内存,4个通用的I/O扩展接口,2路7~12位的ADC,上电复位和掉电复位电路,与处理器联接可以采用SPI接口或者UART接口。CC2480可以配置的ZigBee设备有协调器、路由器和终端设备。当配置成终端设备的时候,在闲置时期,它自动进入低功耗模式(小于0.5μA)。在本设计中所用的CC2480和MSP430单片机之间通过SPI方式通讯。用于对外显示的LED指示灯在测试时用来指示数据的传输、节点的发现以及节点休眠等状态。串口通讯模块在协调器中与家庭网关进行数据通讯。节点通过数据采集模块采集到温度、湿度、光照等数据,再经微控制器对数据进行处理,通过CC2480无线收发器将数据传送到主控制器。主控制器查询各种环境参数,通过CC2480将命令传送到传感器节点或终端控制器来改变环境的温度、湿度和光照等参数。

2.2软件实现

节点的软件部分是基于嵌入式μC/OS-Ⅱ平台设计的。μC/OS-Ⅱ占用很少的系统资源,它的最小化内核能编译到2K,非常适用于无线传感器网络节点。μC/OS-Ⅱ操作系统移植后,在其应用平台上编写应用程序任务。在μC/OS-Ⅱ操作系统中,主函数的功能主要有初始化操作系统,创建起始任务,开始多任务调度,主要任务如下:

(1)起始任务:使能端口(CC2480控制端口、UART端口、I/O端口等)初始化;CC2480初始化;节点根据应用场合创建数据采集、数据收发、控制等任务;执行起始任务主体,包括:构建整个网络、查询有无增减节点;终端节点的任务主体是:查询网络,加入网络。

(2)数据采集任务:初始化传感器;通过传感器检测温度、湿度、光照等环境参数。(下转第327页)

无线传感器网络在温室大棚中的应用

潘蓉

(江苏农林职业技术学院,江苏句容212400)

【摘要】本文介绍了无线传感器网络ZigBee协议在温室大棚中的实现与应用。根据温室大棚的特点而设计了无线自动控制系统。详细说明了系统体系结构的设计和控制节点的硬件设计以及软件的控制过程。

【关键词】无线传感器网络;ZigBee;温室大棚

The Application of Wireless Sensor Network in Greenhouse

PAN Rong

(Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry,Jurong Jiangsu,212400)【Abstract】This paper introduced the application and Realization of ZigBee protocol of wireless sensor network in greenhouse.Designed the Wireless Automatic Control System according to the characteristics of greenhouse.Illustrated the design of system architecture,the hardware design of control node and the software control process.

【Key words】Wireless sensor networks;ZigBee protocol;Greenhouse

在教学过程中,要充分调动学生的学习积极性,十分重视学生的“情绪生活”,设法造成一个愉快的生动活泼的学习气氛,使之养成习惯,便能创设一种生动活泼的教学氛围,使学生“爱学”、“乐学”,有效地提高学习效率。

1在课堂上发挥学生想象的空间

新课程改革实践中,个人认为语文课似乎过多地重视人文性,而弱化了工具性。课堂上多媒体演示少了;课堂上资料补充少了;课堂上形同虚设的小组讨论少了……学生语文基本训练点呈现了多样化的趋势。《小松鼠找花生》让我们看到了一个真实的课堂,而不是作秀的课堂。老师砸扎扎实实地引导学生识字、写字。牢牢抓住了一年级语文教学的重点。一张简单的黑色色卡纸,画上工整的田字格,老师一笔一划地引导学生进行“生”的书写。教师示范后,再请学生书空,最后在田字格书写。整个指导的过程十分具体。如果说有什么遗憾的话,我根据自己写字教学的经验,我认为每次提笔写字时,教师要强调学生写字姿和执笔姿势。在写字时,首先,要让学生观察田字格中生字的结构。明确各部分构字部件在田字格中所占的比例和准确的位置。如“生”是独体字,写好三横是关键,三横的长短有变化。长竖是压线笔。有了整体上的认识,就可以让学生一笔一画写,也就是手到。字要写得规范、准确,并与范字进行比较。眼到,手到的同时,还要求做到心到,就是要专心致志。只要每次的写字教学落到实处,学生一定会对汉字的结构、形体有一个大体的把握,对写字规律有一个基本的认识,这样才能把字写好,最终练成一手具有个人特点的汉字。只有简单才不花哨,只有落实才会有效!关注自然。大自然是对学生进行审美教育,孕育学生灵性的最佳场所。因此我们创设美的情境,激起学生发现美、鉴赏美、表现美、描述美的热情。例如,我在带领学生上课间操时,感觉风特别大,这是学生都感受到的,我抓住了风大这一天气特点,引领学生进行说话训练。我神秘的对学生说:“同学们,今天老师给你们请来了一位客人。”说着板书“风”,接着问:“今天的风与以前有什么不一样?”“风特别大。”“你能说说风怎么大吗?”有的同学说:“刮得我不敢睁眼睛了。”有的说:“刮的塑料袋都跑到树上了。”有的说:“刮的我走不动了。”……“同学们,你能展开想象的翅膀,说说今天为什么刮大风吗?”学生们稍作思考便纷纷举手,有的说风伯伯喝醉了酒,有的说风爸爸饿了,有的说风爷爷生气了……学生的想象力多么丰富,他们是天生的小诗人。自然界带给我们花红柳绿,送给我们风雪雨露,春天,我们走出校园寻找春的清新、赞美春的温暖;秋天,我们在《美丽的树叶贴画》《秋韵》《落叶情》中,感悟“落红不是无情物,化作春泥更护花”;冬天,我们和孩子一起站在雪地里,欣赏雪的舞姿,感受雪的快乐。关注身边小事。每天发生在我们身边的事情很多,同学间的、师生间的,课上的、课下的,家里的、学校的,眼见的、听说的……这些事情只要稍微留意,细细体味,都是学生笔下的好文章,教师经常地把这些琐碎的小事作为写作的素材,学生的思维才能扩散出去。例如,我发现讲桌上放着许多没人要的铅笔,就“讲桌上的铅笔”进行了一次说写训练。他指着这些铅笔对学生说:“这些铅笔怎么跑到这儿来了?他们是不是很喜欢我呀?”话这么一说,学生们都笑了,创作的灵感也随之而来了。

2要养成质疑发问的习惯

古人云:“学贵知疑,小疑则小进,大疑则大进。”说的就是质疑问难的重要性。向老师质疑、发问。没有弄懂问题时,不要得过且过、羞于开口,要善于发问、大胆地问。如果学生平时有不敢问、不善问的缺点,就鼓励他去问,一旦有些问题是通过问询教师、同学得来的答案,我们要给予鼓励。爱因斯坦说过:“问题的提出往往比解答问题更重要。”由于文章题目就是文章的文眼,所以上课伊始,我就引导学生从题目入手质疑,提问:读了课题,你有什么问题要问?这时学生会提出:谁和时间赛跑?为什么要和时间赛跑?时间又不是人,“我”为什么偏偏要和它赛跑?“我”是怎样和时间赛跑的?结果怎样等问题,我针对学生提出的问题进行归纳总结,概括为以下三个问题:时间又不是人,“我”为什么要和它赛跑?“我”是怎样和时间赛跑的?时间又不是人,“我”为什么偏偏要和它赛跑?问题确定后我让学生选择最想探究的问题,自由结合组成探究小组并迅速确定每个人的角色。这样就为下边的理解和探究做好了铺垫,使探究确定了方向。工具书是不说话的老师,能帮助学生扫除学习中的障碍,有效地完成学习任务。在课堂教学中,学生如果遇到生疏疑难的字词,教师不要马上说出答案,要让学生自己动手查工具书,以逐步形成习惯。这是素质教育要求“授之以渔”的体现,为学生在读课外书时,遇到不懂的字词,能自觉地查一查工具书,让工具书成为学生的良师益友。让学生经常带好《新华字典》、《成语词典》等一类常用的工具书。给学生做榜样,遇到生字、生词,请教不会说话的老师,还可以跟学生进行查字典、词典比赛。设法调动学生对工具书的兴趣,比如,讨论一些让学生特别感兴趣的问题,得不出答案时,不必去请教老师,到相关的工具书里查找出来,学生就会对工具书的巨大威力感兴趣。许多工具书查阅方法都有所不同,应该教给学生基本的查阅方法。南宋杰出的教育家朱熹说的:“大抵观书,先须熟读,使其言皆若出于吾之口,继以精思,使其意首著出于吾之心,然后可以有得尔。”又说:“读得熟,则不解说自晓其义也。”笔者不赞成死记硬背,但是记诵确实是青少年在记忆的黄金时期的一个良好的不可忽略的良好的学习习惯。对于语文课本所选的中国古典诗文,让学生尽量都记诵过。学生如果能够记诵大量的古典诗文,将会受益终身。这也是中国传统语文教育的一个良好教学方法。对于一些常见常闻的历史典故、艺术故事,不必死死板板地去记,而是要熟悉即可。

总之,小学阶段是各种习惯诸如生活习惯、卫生习惯,尤其是学习习惯养成的最佳时期。良好的学习习惯的形成有利于学习有条不紊的进行,有利于知识的习得,有利于学生学习独立性的养成。

【参考文献】

[1]叶圣陶.叶圣陶语文教育论集[M].北京:教育科学出版社,1980.

[责任编辑:王洪泽]

如何培养学生学习语文的习惯

靳丽娜

(秦皇岛市海港区东山小学,河北秦皇岛066000)

【摘要】在教学过程中,要充分调动学生的学习积极性,十分重视学生的“情绪生活”,设法造成一个愉快的生动活泼的学习气氛。在课堂上发挥学生想象的空间,并让学生不断发出质疑。

【关键词】语文;课堂;想象;质疑

(上接第299页)(3)数据收发任务:负责采集的数据、反馈的信息、主控制器的控制指令等数据的收发。

(4)控制任务:终端节点执行主控制器的指令,实现温度、湿度、光照等参数的调节。

MSP430单片机和CC2480之间的匹配靠软件协议接口来实现,CC2480的软件接口分五个模块,分别是:SYS接口、配置接口、简单API接口、AF接口和ZDO接口。

3总结

随着电子技术、网络技术的蓬勃发展与广泛应用,无线传感网络是结合了网络通信技术和传感器技术、信息处理技术等多项技术。ZigBee技术的出现突破了以往传统网络技术的不足,各个领域的成功应用说明目前网络中无线传感器网络是一种最优化的选择方式之一。本文主要是在温室大棚中应用了基于ZigBee的无线传感器网络,并进行了整体设计与实现。初步实现了无线传感网络在温室大棚中简单功能的实现。

[责任编辑:周娜]科

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