基于物联网的信息采集系统（智能灌溉演示系统）
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题目：基于物联网的信息采集系统（智能灌溉演示统）
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摘要 (4)
第1章背景和意义 (5)
a.意义 (5)
b.背景 (5)
第2章ZigBee技术综述 (6)
2.1 ZigBee简介 (6)
2．2 ZigBee技术分析 (7)
2．3基于ZigBee的无线传感器网络 (8)
2．4 ZigBee的协议栈和网络拓扑结构 (10)
2．5 ZigBee的技术的优势 (12)
第3章系统的总体设计 (12)
3．1系统总体设计概述 (12)
3．2智能节水灌溉系统的需求分析 (14)
3．3系统设计方法 (14)
3．4系统功能模块设计 (15)
3．5系统的安全性设计 (17)
3．6系统低功耗设计 (18)
第4章系统的硬件设计 (19)
4．1主控模块芯片CC2530 (19)
4．2灌溉测控系统模块设计 (20)
4．3 RFD节点的硬件设计 (23)
4．4 GPRS数据终端硬件模块设计 (24)
4．5灌溉自动控制模块设计 (26)
第5章软件设计与实现 (27)
5．1软件设计 (27)
5．2 RFD节点软件工作流程 (28)
5．3协调器软件设计 (29)
5．4无线测温系统的软件设计 (29)
5．5协调器和RFD节点通信软件设计 (30)
5．6 GPRS程序设计 (30)
5．7终端服务器管理平台的设计 (33)
参考文献 (34)
附录 (35)
附录1：数据采集主程序部分 (35)
附录2：协调器程序清单 (39)
致谢 (44)
摘要
本文设计出一种基于ZigBee智能无线传感网络的系统，来监测土壤的水分、温度、PH值等各影响农作物生长的元素，实现节水灌溉高效率灌溉的自动化实施。设计完成了通过实时采集土壤温度、湿度，PH数据，由信息分析和处理系统自动控制节水灌溉系统来实现节水灌溉技术的智能化和自动化。这种实现在现行节水灌溉系统中是一种新的思想。
系统以ZigBee无线技术为核心，结合自动化技术、GPRS技术、Internet和节水灌溉技术。本文主要阐述了智能无线传感器网络技术的节水灌溉系统的总体设计思路，ZigBee技术分析、技术特征、网络架构、通讯协议、智能灌溉系统的硬件功能部件构成，研究了ZigBee传感器节点的关键技术，以及硬件系统的实现过程。论述了传感器的节点软件结构，介绍了节水灌溉自动控制系统的过程；阐述了节点应用程序，GPRS、Internet远程监控应用程序的软件平台建立，开发环境，程序的开发流程，以及系统应用软件的开发过程。无线传感器节点的硬件设计以及数据管理系统的组成。其中通讯协议采用基于IEEE802。15．4的ZigBee协议，整个系统的实现为无线传感器网络在水利信息系统的应用提供了实践依据。重点介绍了运用系统工程与软件工程自顶向下的设计方法，设计并实现不同规模形式下的节水灌溉系统软件设计：实现智能节水灌溉控制中对阀门执行机构控制方式设计；远程监测系统部分软件结构设计及利用通信网络实现数据监测及控制的协议设计的实现；系统控制监测中心的软件设计实现。以及智能灌溉系统的网络设计，对智能灌溉系统网络系统通信过程，网络拓扑结构进行分析，研究了ZigBee 监测及控制的王作流程，最后是对论文工作的总结和今后展望。
关键词：ZigBee；智能灌溉；自动化；
第1章背景和意义
a.意义
水资源是人类赖以生存的基础性资源，我国虽然水资源的总量居世界第6位，但人均占有量只有2500m3，约为世界人均水量的1／4，属于全球贫水国家之一。一方面水资源十分紧缺。另一方面农业用水浪费又十分严重，就全国范围而言，水资源的利用率仅为45％，而水资源利用率高的国家已达70％到80％，由于农业灌溉用水的利用率低下，因此，提高节水灌溉的利用率，对于解决我国农业灌溉用水，缓解水资源的紧缺非常重要。我国的节水灌溉技术，在经过近几十年的快速发展，在总结相关成果的基础上，初步形成了其技术体系，在某些方面已达到或接近国际先进水平。但由于受我国经济发展水平及科研体制的限制，我国的节水灌溉技术与发达国家还有很大的差距。随着我国水资源供需矛盾日益尖锐，农业用水分配额减少的问题势必日益突出，同时为了缓解我国水资源短缺对我国农业发展的压力，如何快速发展我国的节水灌溉技术及其配套设备，从而缓解我国农业用水压力已经成为一个不容忽视的严峻问题。信息化是当今经济和社会发展的大趋势，深入开发广泛利用信息化，全面提升水资源利用效率意义重大，本系统的研究就是应用基于ZigBee无线传感器网络技术，实现了节水灌溉管理自动化控制的信息系统。在灌溉系统中，合理地推广自动化控制，不仅可以提高水资源的利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的生产成本。
灌溉系统自动化的水平较低，是制约我国高效农业发展的主要原因。以色列、日本、美国等一些国家已经采用了先进的节水灌溉系统，使传统灌溉向自动化和高智能化的灌溉方向发展，对灌溉区域用水进行监测预报，实行动态管理采用传感器来监测土壤的墒情和农作物的生长，实现灌溉管理的自动化。高效农业和精准农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效利用，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的，必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情和农作物需水规律等方面统一考虑，做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。
b.背景
随着全球性水资源供需矛盾的日益加剧，世界各国，特别是发达国家都把发展节水灌溉高效农业作为现代农业可持续发展的重要措施。发达国家在农业生产实践中，把提高灌溉水的利用率、单方水的利用效率、水资源再生利用率作为研究重点和主要目标。在研究节水灌溉农业基础理论的基础上，将生物、信息、计算机、高分子材料等高新技术与传统的农业节水灌溉技术相结合，提升节水灌溉农业技术的高科技含量，建立适合各自国情的节水灌溉农业技术体系，加快由传统的粗放农业向现代化的精准农业转型的进程。近年来，发达国家十分重视节水灌溉技术的研究和应用。在田间灌水技术中能够做到对作物进行精量灌溉。美国、以色列、澳大利亚等国家特别重视对灌溉系统的配套性、可靠性和先进性的研究，
将计算机模拟技术、自控技术相结合开发高水力性能的灌溉系统。目前，我国在一些地方应用了从国外引进的农业节水灌溉监控系统，对于灌溉水平的提高和节约水资源起到了一定的积极作用，但由于系统成本过高、参数标定不完整、缺乏相对应的高级决策功能、系统维护和更新难以保证等众多的问题限制了农业节水灌溉监控系统的使用和大面积推广，有些从国外巨资引进的“洋系统’’甚至出现了“水土不服"的状况。针对目前的现状，开发基于ZigBee的智能节水灌溉系统，对提升节水灌溉农业技术的高科技含量，建立适合我国国情的节水灌溉农业技术体系，加快由传统的粗放农业向现代化的精准农业转型的进程。开发和研制具有自主知识产权、适应性强、兼容性好、成本低、性能稳定、具有高级决策功能的节水灌溉自动控制管理决策支持系统，为加快我国精确农业发展的步伐显得尤为重要和迫切。
第2章ZigBee技术综述
2.1 ZigBee简介
a.Zigbee技术起源
各种网络终端的出现、工业控制自动化和农业自动化控制等都迫切需要一种具备低成本、近距离、低功耗、组网能力强等优点的无线互联标准，随着通信技术的快速发展，在无线通信领域，短距离无线通信技术已经成为通信技术中的热点。在这样的背景下ZigBee技术就应运而生。
ZigBee一词源自蜜蜂通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴发现了新食物源的位置、距离和方向等信息，达到交换信息的目的。蜜蜂通过这样一种简捷的方式实现了“无线’’的信息沟通。人们借此寓意称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。低速率，低功耗，短距离的通信网络技术有着重要的应用，在很多领域发挥了不可忽视的作用。比如对于距离很近的用户之间需要小量的数据通信，并要求实时传送，如果采用经过基站，服务器等设备的方式进行通信，通信的速率固然能得到保障，但是用户的终端及设备功耗和通信成本也必然会增加。另外，在不易更换电源的应用场合，低功耗的通信技术有着明显的优势，因为高速率，大带宽的通信技术往往意味着需要复杂的设备，很大的功耗。ZigBee技术作为LR．WPAN(低速率无线个域网)中的一种技术，凭借着自身拥有很多技术上的优势，如：低功耗，低成本，低复杂度等特点。鉴于ZigBee 技术的特点，使得它在很多无线控制领域有着广泛的应用。而且发展的潜力也是非常巨大的，越来越受到人们的极大关注。ZigBee无线传感器网络是一种无中心全分布系统，具有节点体积小，重量轻，灵活的优点，有着广泛的应用，而ZigBee 技术与无线传感器网络的结合使它的技术优势进一步突显。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。
b.ZigBee的定义
ZigBee技术是由ZigBee联盟(ZigBee Alliance)提出的一种简单有效的无
线控制方式，ZigBee联盟的最终目标是制订一个可靠，高性价比，低功耗的无线监控网络全球性公开标准。2001年8月ZigBee联盟成立。2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头公司共同宣布，它们将加盟“ZigBee联盟"，以研发名为“ZigBee"的下一代无线通信标准，这一事件成为ZigBee技术发展过程中的里程碑。到目前为止，除了Invensys、三菱电子、摩托罗拉和飞利浦等国际知名的大公司外，该联盟大约已有80多家成员企业，并在迅速发展壮大。其中涵盖了半导体生产商、IP服务提供商、消费类电子厂商及OME商等领域，例如Honewyell、Eaton和Invensys MeteringSystems等工业控制和家用自动化公司都参／Jn T负责开发ZigBee物理和媒体控制层技术标准的IEEE802．1 5．4工作组。IEEE 802．15．4工作组定义了一种供廉价的固定，便携或移动设备使用的低复杂度，低成本和低功耗的低速率无线连接技术，其商业名称为ZigBee。ZigBee过去又称为“HomeRF Lite"、“RF—EasyLink”或“FireFly”无线电技术，目前统一称为ZigBee技术。
2．2 ZigBee技术分析
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双
向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可将ZigBee嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。低功耗、实现简单。设备可以在使用电池驱动下，运行数月甚至数年，低功耗意味着较高的可靠性和可维护性。ZigBee设备可以简化内部自动可配置和减少网络设备的冗余，提供了较低的维护费用。单个网络中可容纳更高密度的节点。ZigBee通过使用IEEE 802．15．4标准的PHY和MAC层支持几乎任意数目的设备数目，这一点对于大规模传感器阵列和控制尤其重要。弟2币ZigBee技术练述协议简单，国际通用。ZigBee协议栈平均不到Bluetooth或其他IEEE 802．11的1／4，这种简化对低成本、可交互性和可维护性非常重要。IEEE 802．15．4的PHY层的使用可以支持欧洲的868MHz的频段、全球美洲和澳洲的915MHz的频段和现在已经被广泛使用的2．4GHz的频段，这使得该协议具有旺盛的生命力。ZigBee是为低速率控制网络设计的标准无线网络协议。ZigBee协议的一些应用包括建筑自动化网络、建筑安防系统、工业控制网络、远程抄表以及PC 外设。与其他无线协议相比，ZigBee无线协议提供了低复杂性、缩减的资源要求，最重要的是它提供了一组标准的规范，并提供了三个工作频带，以及一些网络配置和可选的安全功能。
a．ZigBee技术的主要特征
ZigBee技术特征主要包括以下几个部分：
(1)功耗低：在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2
年以上，这也是ZigBee独特的优势；
(2)数据传输速率低：只有868MHz．20Kbit／s；91 5 MHz．40Kbit／s；2．4GHz．250 Kbit／s，专注于低传输应用。
(3)成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，大大降低了成本，应用
于主机端的芯片成本和其它终端产品的成本比其它无线技术更具有价格竞争力。
(4)可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专
用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个ZigBee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。
(5)时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时从休眠状态激活的时延
都非常短。
(6)网络容量大：每个ZigBee网络最多可支持255个设备，即每个ZigBee
设备可以与另外256台设备相连接。
(7)有效范围小：有效覆盖范围10---20M，具体根据实际发射功率大小和
各种不同的应用模式而定，基本上能覆盖普通家庭或办公室环境。
(8)工作频段灵活：使用的频段分别为2H6=IJK、L：L=MJK(欧洲)及
N450MJK(美国)，均为免执照频段。
(9)安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用
的AES．128。高保密性：64位出厂编号和支持AES．128加密。
此外，ZigBee作为一种无线连接，可工作在2．4 GHz(全球流行)、868MHz
(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上，分别具有最高至250 kbit／20 kbit／s、40 kbit／s的传输速率，它的传输距离为每个网络节点间的距离可以从标准的75m，可以继续增加到扩展后的几百米，甚至几公里，依据发射功率的大小和应用模式而定，l台ZigBee设备可以连接多达254个同类的设备。此外，由于ZigBee具备高链接数与低耗电的特性，在感应式网络(SensorNetwork)上使用，具有相当大的优势，例如作业温度测量、水电煤气计量数据记录、保卫防护的监控等方面，厂商无需经常更换电池或布建供电网络，即可方便地取得所需的信息。
b.ZigBee协议概述
ZigBee协议使用IEEE802.15.4规范作为介质访问层(MAC)和物理层(PHY)。
IEEE802．15．4总共定义了3个频带：2．4GHz、915MHz和868MHz。每个频带提供固定数量的信道。例如，2．4GHz频带有16个信道(信道11--26)、915MHz频带提供lO个信道(信道l一10)而868MHz频带提供1个信道(信道0)。协议的比特率由所选择的工作频率决定。2．4GHz频带提供的数据速率为250kpbs，915MHz频带提供的数据速率为20kbps。由于数据包开销和处理延迟，实际的数据吞吐量会小于规定的比特率。IEEE802．15．4 MAC数据包的最大长度为127字节。每个数据包都由头字节和16位CRC值组成。16位CRC值验证帧的完整性。此外，IEEE802．15．4还可以选择使用应答数据传输机制。使用这种方法，所有特殊ACK标志位置1的帧均会被它们的接收器应答。这就可以确定帧实际上已经被传递了。如果发送帧的时候置位了ACK标志位而且在一定的超时期限内没有收到应答，发送器将重复进行固定次数的发送，如仍无应答就宣布发生错误。注意接收到应答仅仅表示帧被MAC层正确接收，而不表示帧被正确处理，这是非常重要的。接收节点的MAC层可能正确地接收并应答了一个帧，但是由于缺乏处理资源，该帧可能被上层丢弃。因此，很多上层和应用程序要求其他的应答响应。
2．3基于ZigBee的无线传感器网络
a.无线传感器网络
无线传感器网络是指在特定应用环境中，由布置在监测区域内大量的传感器节点以无线通信方式组织成网络，传感器节点完成指定的数据采集工作，节点通过无线传感器网络将数据发送到网络中，并最终由特定的应用接收。传感器节点集成传感器件、数据处理单元和通信模块，并通过自组织的方式构成网络。借助于传感器节点中内置的形式多样的传感器件，可以测量所在周边环境的温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成份、移动物体的大小、速度和方向等等众多的物质现象。无线传感器网络是一种全新的信息获取和信息处理模式。分布在监测区域内大量的传感器节点，可以协作地感知，采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息，并且发送给观察者。它是一种无中心全分布系统，节点采用随机投放方式，可以实时感知四周物理世界的变化，能够使人们在任何时间任何地点任何环境条件下获得大量翔实的信息。这些节点体积小，重量轻，有的甚至可以像灰尘一样在空气中浮动，这样使得无线传感器网络的应用范围很广。在军事方面，利用它能够对敌军的地形，兵力部署，武器装备等进行侦察；在环境应用上，监视农作物，土壤，空气等的变更，珍稀野生动物的跟踪用来对濒危动物种群进行研究。无线传感器网络的节点之间有良好的协作能力，并且具有自组织能力，由于节点数量庞大，部分节点可能因为能量耗尽而死亡或者发生故障而失效，但同时可能又有新的节点会加入网络，所以要求网络系统必须能够适应拓扑变化。无线传感器网络在某些方面和无线自组织网(Ad—Hoc)有很多相似之处，但是无线自组织网以传输数据为目的，而无线网以数据为中心，即它不关心具体某个节点上的数据是什么，只会关心某个区域的某个观测数据，当然这也就要求这一区域的节点有良好的协作能力，能够分布地进行数据处理数据融合等。综上所述，我们可以看到，鉴于无线传感器网络数据传输特点(突发性的小量数据)，节点分布的特点(节点复杂度低，体积小，重量轻，成本低，能对数据进行较为灵活的分布式处理，灵活的组网方式)，另外各节点的能耗也应尽可能低，因为实际应用中，节点一般靠电池供电，而频繁地更换电池是人们所不希望的，也是不现实的，因此ZigBee技术更适合于构建无线传感器网络。
b.基于ZigBee芯片的无线传感器网
基于ZigBee芯片构建的无线传感器网是由一组ZigBee节点以AdHoc方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者传感器、感知对象和观察者，它们是传感器网络的三个基本要素；传感器与观察者之间的通信方式是无线，用于在传感器与观察者之间建立通信路径；协作地感知、采集、处理、发布感知信息是传感器网络的基本功能。一组功能有限的传感器协作地完成大的感知任务是传感器网络的重要特点，传感器网络中的部分或全部节点可以移动，传感器网络的拓扑结构也会随着节点的移动而不断地动态变化。节点间以AdHoc方式进行通信。每个节点都可以充当路由器的角色，并且每个节点都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力。基于ZigBee 芯片构建的无线传感器网可以利用GSM(全球移动通信系统)网络、CDMA(码分多址)网络、以太网等来实现数据的传输与控制。网络可以采用星形或者混合型拓扑和需求时唤醒ZigBee模块的通信方式，有效降低每个ZigBee传感器节点的功耗，减少传感器节点向汇节点上报数据时相互碰撞的概率。中央控制中心通过网络与多个汇节点连接，汇节点和传感器节点之间通过ZigBee技术实现无线的信息交换，带有射频收发器的无线传感器节点负责对数据的感知和处理并传送给汇节点；控制中心通过网络获取采集到的相关信息，实现对现场的有效控制和管理。分布在传感器网络中的汇节点主要用于接收传感器节点的数据上报，并将其进行融合处
理，传给无线通信数据传输模块，通过网络传递给中央信息控制中心。
c.ZigBee网络配置
ZigBee无线网络可采用多种类型的配置。星型网络配置由一个协调器节点(主设备)和一个或多个终端设备(从设备)组成。协调器是实现了一组很多ZigBec服务的一种特殊的全功能设备(FFD)。终端设备可能是FFD或简化功能设备(RFD)。RFD 是最小而且最简单的ZigBee节点。它只实现了一组最小的ZigBee服务。在星型网络中，所有的终端设备都只与协调器通信。如果某个终端设备需要传输数据到另一个终端设备，它会把数据发送给协调器，然后协调器依次将数据转发到目标接收器终端设备。群集网络配置也是ZigBee使用的一种网络配置结构。在群集网络中，终端设备既可以选择和协调器通信，也可以和路由器(Router)通信。路由器有两个功能；一是增加网络中的节点数量，二是扩大网络的物理范围。有了路由器后，终端设各就不必安装在协调器的有效射频范围内。和任何网络一样，ZigBee 网络也是多点接入网络，这意味着网络中的所有节点对通信介质的访问是同等的。有两种类型的多点接入机制。在没有使能信标的网络中，只有信道是空闲的，在任何时候都允许所有节点发送。在使能了信标的网络中，仅允许节点在预定义的时隙内进行发送。协调器会定期以一个标知为信标帧的超级帧开始发送，并且希望网络中的所有节点与此帧同步。在这个超级帧中为每个节点分配了一个特定的时隙，在该时隙内允许节点发送和接收数据。超级帧可能还含有一个公共时隙，在此时隙内所有节点竞争接入信道。
d.zigBee网络数据传输机制
传输数据到终端设备和从终端设备传输数据的确切机制随网络类型的不同
而有所不同。在无信标的星型网络中，当终端设备想要发送数据帧时，它只需等待信道变为空闲。在检测到空闲信道条件时，它将帧发送到协调器。如果协调器如果协调器想要将此数据发送到终端设备，它会将数据帧保存在其发送缓冲器中，直到目标终端设备明确地来查询该数据为止。此方法确保终端设备的接收器是被开启的，而且可从协调器接收数据。在点对点网络中，每个节点必须一直保持它们的接收器为开启状态或者同意在一个时间段内开启它们的接收器。这将允许节点发送数据帧并确保数据帧会被其它节点接收。
2．4 ZigBee的协议栈和网络拓扑结构
a. ZigBee的协议栈
ZigBee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物
理层组成，ZigBee的协议结构如图2-4所示，由高层应用规范、会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成126]。IEEE 802．15．4工作组主要负责制定物理层和MAC层协议，其余协议主要参照和采用现有的传统无线技术的标准。
ZigBee的协议结构
物理层。IEEE802．15．4定义了2．4 G H Z和8 6 8／91 5MHz两个物理层，它们基于直接序列扩频数据包格式，两者的区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。无线信号传播损耗较小，可降低对接收机灵敏度的要求，获得较远的通信距离，即可用较少的设备覆盖较大的区域。MAC层。IEEE802系列标准将数据链路层分成逻辑链路控制和媒介接入控制两个子层。其中，LLC子层在IEEE802．6中定义，为IEEE 802标准系列共用，而MAC子层协议依赖于各自的物理层。通过SSCS业务相关会聚子层协议承载IEEE802．2类型的LLC标准，且允许其他LLC标准直接使用IEEE802.1 5．4 MAC层的服务。ZigBee采用了简单灵活的协议，数据发送时采用载波侦听多址冲突(CSMA／CD)的信道接入方式和完全握手协议。其帧有4种类型：数据帧、标志帧、命令帧和确认帧。
b. ZigBee的网络拓扑结构
ZigBee支持通信设备的网络拓扑结构主要有三种，即星型网、网状(mesh) 网和混合网。其中，星形网络是一种常用且适用于长期运行使用操作的网络；Mesh网络是一种高可靠性检测网络，它通过无线网络连接可提供多个数据通信通道，即它是一个高级别的冗余性网络，一旦设备数据通信发生故障，则存在另一个路径可供数据通信，这一点和Z．Wave一样：Cluster Tree网络是Star／Mesh 的混合型拓扑结构，结合了上述两种拓扑结构的优点。星型网是由一个PAN协调点和一个或多个终端节点组成的。Ⅳ烈协调点必须是FFD，它负责发起建立和管理整个网络，其它的节点(终端节点)一般为RFD，分布在PAN协调点的覆盖范围内，直接与PAN协调点进行通信。星型网通常用于节点数量较少的场合。Mesh网一般是由若干个FFD连接在一起形成，它们之间是完全的对等通信，每个节点都可以
与它的无线通信范围内的其它节点通信。Mesh网中，一般将发起建立网络的FFD 节点作为PAN协调点。Mesh网是一种高可靠性网络，具有“自恢复"能力，它可为传输的数据包提供多条路径，一旦一条路径出现故障，则存在另一条或多条路径可供选择。Mesh网可以通过FFD扩展网络，组成Mesh网与星型网构成的混合网。混合网中，终端节点采集的信息首先传到同一子网内的协调点，再通过网关节点上传到上一层网络的PAN协调点。混合网适用覆盖范围较大的网络。
2．5 ZigBee的技术的优势
ZigBee技术和蓝牙比较，主要优势有以下几点：
(1)数据传输速率低
(2)功耗低
(3)成本低
(4)网络容量大
(5)时延短
(6)安全
(7)工作频段灵活
通过从技术和应用两方面的分析与比较，可以看出ZigBee是一种新兴的近
距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线电技术和蓝牙之间的技术方案。一般情况下，随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee 技术将是最低功耗和成本的技术。因为ZigBee的出发点就是希望能发展一种易布建的低成本无线网络，其低耗电性将使产品的电池能维持6个月到数年的时间。同时，由于ZigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点，也决定了ZigBee 技术适合于承载数据流量较小的业务。ZigBee技术的出现弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。随着研发力度的加大，ZigBee技术将应用到的更多更广的领域。它不仅打开了大量新应用之门，而且还能给许多现有的应用增加新的价值。由于通过ZigBee各种非常简单的器件就能够实现联网，作为一个全球标准，为将来实现无所不在的网络创造了条件。
第3章系统的总体设计
3．1系统总体设计概述
a.总体方案设计
首先在灌溉区域用CC2530架设无线Mesh网，每一个CC2530连接一个区域的控制器
和电磁阀，控制这个区域的灌溉，Master(CC2530)和GPRS模块连接，GPRS模块通过GPRS网络和Internet互联最后和远端的服务器终端连接，从而实现灌溉的远程控制。另外此系统的主要目标在于节约灌溉用水，提高灌溉效率，所以在灌溉区域配置田间温、湿度传感器与接入mesh网的CC2530(或GPRS)相连，以便远端控制终端能够采集灌溉区域的土壤湿度信息，配合气象站的气象信息，对灌溉时间做出合理的判断，进而达到有效节水灌溉的目的。
基于ZigBee的智能灌溉系统是一个可以读取土壤温湿度、水分、气象及其
他并种传感器数据，从而确定最佳灌溉量并准确控制。同时用户可改变该传感器的参数来改变灌溉自动控制阀门，智能灌溉系统的能采集、分析系统采集的信息，并通过报警或启动相关设各来应对突变的环境情况，如遇持续高温天气时自动启动快速灌溉周期。轻松改变灌溉区域的灌溉周期。ZigBee无线传感器智能节水灌溉系统具有很好的兼容性，适合各种节水灌溉系统，管道输水灌溉系统．喷灌灌溉系统，微灌灌溉系统，有强大的扩展性，随着无线网路的节点和组网的特性，有很大的灵活性，对大中型，小型灌溉系统都有很好的适应性。本系统是一个应用型的节水灌溉自动化控制管理系统，它是针对目前我国干旱缺水区特殊的气候条件和现行节水灌溉管理中存在着对水资源浪费、管理不科学等种种弊端情况下研究开发的，是实现农业信息化、灌溉自动化的重要途径，也是发展精细农业的重要环节。采用面向对象的方法和集实时采集、高级决策与自动控制于一体的技术手段对节水灌溉进行动态管理，对指导农业生产、为决策者提供辅助决策服务都具有十分重要的作用。该系统有良好的实用性和易用性，在农业生产中具有广阔的发展前景。当然，任何一个应用系统都需要不断在实践中加以检验、加以完善，该系统还需在功能模块的应用与开发、模型参数校正等方面加强工作，为系统的扩大应用奠定基础。
b.ZigBee技术的选择
通过第2章对ZigBee技术分析、无线传感器网络和ZigBee技术优势的研究得出，智能节水灌溉系统是适合采用近距离无线通信ZigBee技术的。实时监测、读取和处理田间土壤和作物生长情况数据，决策灌溉系统的自动控制，采用无线ZigBee 智能节水灌溉自动控制，实现了灌溉无人值守和自动控制，不仅能节约人力资源，更重要的是可提高节水灌溉的准确性、实时性，使灌溉管理者能及时准确获得田间土壤及作物生长状况数据信息，实现灌溉控制科学准确的决策。无需架设电缆，节省了人力、物力，而且与国内外同类自动灌溉控制系统比较可以大大减少系统的投资成本。
ZigBee无线网络的低功耗、自组织、自愈功能等特点更适合在无线智能灌
溉系统中应用，因为田间的温度、湿度数据采集的无线传感器节点采用地埋式的方式，更换传感器或传感器电源极为不便。只能增加传感器，但对于失去的传感器节点，ZigBee网络可以对增加或者删除的节点，节点位置发生变动，节点发
生故障等等，网络都能够自我修复，自动重新组网，智能节水灌溉系统的这种需要正好符合ZigBee低功耗、自组织、自愈功能的特点。通过对本系统的研究和试验ZigBee技术应用于智能节水灌溉系统是可行的也有效的。ZigBee以其技术先进、易于实现、传输速率高、可靠性高、成本造价低、易于普及等优点，将成为未来无线技术发展的必然趋势。随着无线通信技术的发展、芯片价格的降低，和更多精准农业无线传感器产品的开发，将ZigBee无线技术大规模地应用于农业领域之中也是大势所趋。
3．2智能节水灌溉系统的需求分析
本系统的需求分析可概括为，就是在智能节水灌溉系统中，通过无线传感器获取土壤的信息，利用终端服务器管理系统平台制动控制灌溉，以代替传统人工手工控制的灌溉管理制度，大大提高灌溉的科学性、准确性，达到节水的目的。
a.系统实现的目标
系统开发的总体目标是实现节水灌溉控制的精确化、系统化、科学化和节水
灌溉的自动化。
b.系统的主要功能
智能节水灌溉系统设计有如下几个功能
数据采集：通过ZigBee无线传感器网络获取田间土壤的温度、湿度信息数
据。
数据通信：把传感器节点监测到的数据经过多跳传递经ZigBee传感器网络、GPRS网络、Intemet网络，传输到终端管理服务器上，把管理平台的控制信息再发送到监控节点完成整个数据间的双向通信。
灌溉管理：土壤的信息数据的动态输入，作物种类信息输入，作物种植土壤
类型输入选择、查询，作物生长期的输入选择，数据的计算、灌溉控制指令的输出，历史数据的查询、计算、报表的打印等。
自动控制：由终端服务器上管理平台输出控制指令信号，由D／A转换电路转
换成电信号，经过放大电路处理，决定电磁阀门的开启或关闭。
c.系统实现的技术要求
智能节水灌溉系统的实现需要解决以下几个方面的技术要求：
供电的问题：由于无线传感器采用电池供电，因此，对功耗要求非常苛刻，一般而言，无线传感器的电池的使用时间至少要在3"-'6年，这就解决了系统低功耗的问题。
成本问题：由于目前市场灌溉自动控制应用系统成本高昂，而本系统成本非
常低，使它在成本上具有低价格的竞争优势。
通信可靠性的问题：是本系统最基本要求，但同时又是不很容易解决的问题。这就要求本系统要有无线网络的自组织、自愈功能。自组织：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。
3．3系统设计方法
a.系统设计思想
基于ZigBee智能节水灌溉系统是以节水灌溉自动化控制管理为研究对象，
以信息技术为手段，综合运用现有的信息采集、数据处理、知识集成等技术来提高灌溉管理水平，为灌溉管理人员提供决策依据和参照，从而有效地提高灌水效率的智能管理系统。采用本智能节水灌溉系统将对灌溉农业生产起到积极的推动和指导作用，准确、快捷的实时信息是决策的基础，也是提高决策结果可靠性的
依据，只有信息采集传输系统与推理机制有机的相结合，才能从本质上提高自动控制结果的准确程度。引进ZigBee无线传感器及网络来完成数据的传输不仅可以减少数据传输的贻误和丢失，同时也对传输效率的提高提供了有效的手段和方法，避免了现行节水灌溉控制中主要依靠“三看’’(看天一气象状况，看地一土壤状况，看田一作物生长状况)决策控制灌溉的弊端。系统的设计思想是从我国干旱缺水区农业生产实践出发，以农田灌溉为主要研究对象，以实现农田灌溉自动化控制为目标，采用理论与实际相结合，硬件与软件相嵌合的方式进行开发，旨在建立操作方便、运行稳定、成本低廉、管理能力强、高效、科学的节水灌溉管理信息系统。
b.系统软件开发环境
本系统的终端管理平台以WINDOWS XP计算机操作系统为软件开发系统，开发语言采用C语言和Java语言来实现系统的功能。
c.系统设计目标
开发基于ZigBee无线传感器网络智能灌溉自动控制系统的主要目的是提高节水灌溉的管理水平，减少传输数据的贻误率和丢失率。通过建立一个低成本投入、运行机制稳定、控制准确、可靠性高的节水灌溉管理系统，为进一步实现灌溉自动化控制提供必要的技术储备。该系统在实现系统田间无人值守实时信息采集、灌溉控制及灌溉信息服务等主要功能的基础上，还提供以下功能：
(1)提供操作简单、功能强大的实时数据查询功能；
(2)提供了对田间不同作物及同一作物不同生长期需水灌溉制度选择功能；
(3)ZigBee技术、GPRS技术和Intemet技术的结合，实现了对作物的动态远程监测自动灌溉功能。
d.系统体系结构
基于ZigBee智能灌溉自动控制系统主要由农田实时监测系统、数据处理系统、GPRS、Intemet远程数据传输系统和灌溉管理的自动控制系统等子系统组成。该系统通过置于田间的各类传感器(各种土壤数据传感器)实现农田信息的采集工作，信息数据库中的信息进行率定，处理成具有实际意义的物理量，同时把处理结果储存到相关实时数据库中，由节水灌溉管理平台系统通过计算、分析后给出作物的精确灌溉时间和最佳灌水量，灌溉工作则由自动控制系统根据决策支持系统的指令自动完成。
3．4系统功能模块设计
基于ZigBee智能节水灌溉系统主要由数据采集系统模块、数据通信系统模
块、灌溉自动化控制系统模块等部分组成。
a.灌溉实时数据采集模块系统
灌溉实时数据采集系统山田间温度监删传感器、湿度监测传感器、土壤水分
监删传感器组成吲。这个系统的功能足，实时采集灌溉区域各个传感器数据，通过ZigBee无线网络传递到数据接收系统。从温、湿度传感器采集温、湿度数据的过程介绍系统的设训原理。系统由温度、湿度采集与数据发送端和数据接收端两部分组成Ⅲ]，发送端山测温传感器、主控模块组成，接收端由CC2530主控模块、数据转换电路组成。
b.数据通信模块系统
ZigBee无线监测主要由分布在监测区域的温度传感器、湿度和土壤水分传感器组
成，各测量单位都配备有低成本的ZigBee远端节点用于无线上传数据；监剐区域内也按照距离的需要分布，ZigBee路由节点组成了无线ZigBee网络，所有的数据都可以通过这一网络上传到ZigBce中心节点，其覆盖范围可以无限的扩展；它无距离限制，也无需网络规划、几乎不需要维护，所构建的ZigBee网络，根摒实际的组网需要，设计合理的网络结构。接收来自ZigBee无线传感器的采集数据，或发送来自网络传递的数据，通过数据转换，传输到远程终端服务器系统或接受远程终端服务器的监控命令。把数据接收系统采集的温度、湿度、土壤水分数据传送到远程服务器终端的灌溉管理系统，根据不同土壤类型、不同作物和作物的不同生长期，对灌溉监测值进行数值分析计算，决定是否灌溉，把判断结果指令输出发送。
c.无线灌溉自动化控制系统
灌溉系统的控制主要是通过远程终端服务器灌溉管理平台系统根据ZigBee无线传感器节点监测土壤的温度、湿度、含水量数据信息，计算判断，发出指令控制田间电磁闸门的启闭，实现节水灌溉的远程自动化的灌溉，这样既提高了灌溉系统的自动化控制程度，又减少了人工凭直观经验控制灌溉系统误差。通过设立保护装置，能对执行过程中发生的意外情况进行及时处理。可实现无人值守和灌溉系统自动化控制目的。
d. GPRS数据模块和终端服务器系统
本系统数据采集主要由GPRS模块、GPRS网络以及远程服务器监控中心等部分协作完成。其中，无线传感器完成数据的采集工作，采集到的数据通过ZigBee无线传感器网络与GPRS数据模块相连接，并通过GPRS模块发送到GPRS网络，GPRS网络通过Intemet网络与远程服务器终端进行通信，监控中心接收到数据后对数据进行分析处理，并将有效数据保存到监控中心数据库中。
e.系统设计的特点
本系统在设计上具有如下几个特点：
(1)整个控制系统的各个模块具有高集成度、高可靠性和低功耗、低成本、体积小等优点，维护保养十分方便，只需更换相应节点即可，避免了传统控制线路本身带来许多麻烦，从而大大减少了设备购置成本，建设安装成本和系统维护成本。
(2)网络的自组织、自愈能力强，ZigBee的自组织功能：无需人工干预，
网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；ZigBee 自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。
(3)实时采集系统与决策支持系统相结合，提高了信息管理的准确、科学性，便于管理者实时了解农田状况，掌握农田信息，科学决策动态管理，对精细农业生产具有十分现实的指导意义。
(4)采用无线传感器网络、GPRS网络、Intemet网络互联再与远程终端服务器连接，减少和避免了信息传输中的信息延时和丢失问题。
(5)系统实现了对作物生长的动态监测和诊断，以便于用户及时地采取适宜措施对田间灌溉加以管理，避免因人工管理不当而造成水资源的巨大损失。
f.作物需水灌溉控制指标体系编制
作物需水灌溉控制指标体系表，是智能节水灌溉系统灌溉控制模块指令控制最主要的依据，在论文的撰写阶段主要采用这种方法来实现自动控制管理平台的程序设计，随着项目的研究实施，该方法会逐步改进，或采用更为简便可行的方法加
以取代。农田作物需水灌溉控制指标体系的建立是以土壤温度、土壤的湿度、土壤含水量、为主要评价因子建立的指标体系，结合进行田间观测的作物表象和受旱比例，构成一个完整体系。在指标体系的建立上要综合考虑作物种类、土壤质地、作物生长阶段、土层深度、土壤水分含量、土壤温度、土壤湿度等要素测量计算得出作物需水灌溉控制指标关系表。在灌溉控制上根据“作物需水灌溉控制指标体系表"编写程序，控制电磁阀的开、关和阀门的开度，以实现灌溉管理平台对节水灌溉系统的自动控制。具体的编制方法是，选择要能够代表当地主导农作物、种植模式、气候类型、地形地貌、土壤质地以及种植水平的墒情监测点。在监测点选择同一土壤质地上，同一种作物选择三块代表性的种植田块，按照“大处理、小样本”的原则设立田间观测试验区，定期测定土壤含水量，土壤温度、土壤的湿度观测记录作物生长期间的各生育发育指标和作物表象，进行田间观测试验，收集相关资料，取样测定，归纳整理资料，建立不同土壤含水量与作物生长发育和土壤含水量，土壤温度、土壤的湿度之间的数据关系，得出农田作物需水灌溉控制指标体系表。
3．5系统的安全性设计
安全性是ZigBee无线网络的一个重要问题。为了提供灵活性和支持简单器件，在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全性方式，对于某种应用，如果安全性并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级安全性，器件可以使用接入控制清单(ACL)来防止非法器件获取数据，在这一级不采取加密措施。第三级安全性在数据转移中采用属于高级加密标准(AES)的对称密码。AES可以用来保护数据净荷，防止攻击者冒充合法器件，但它不能防止攻击者在通信双方交换密钥时通过窃听来截取对称密钥。为了防止这种攻击，可以采用公钥加密。无线传感网络大部分采用无线射频连接，无线电电磁的干扰使信噪比变差以致无法通信。而人为的干扰可以采用被动的方式监听网络中传送的数据包，还可以对监听到的数据包进行解析，主动发出入侵数据包来非法窃取或者修改某些重要信息，或者针对无线传感网络能量有限的特点，发送大量无用的数据包导致能量耗尽而瘫痪。因此，如何在破坏或受干扰的情况下，利用较少的能量和较小的计算量来完成数据加密、身份认证也是重要的研究课题。除了与无线传感器网络协议结构各层所对应的传统意义上的安全手段(如抗DOS攻击的安全MAC协议、安全路由协议、密钥管理和安全组播方案、ID确认、高效加密算法等)之外，系统的可靠性，如：检错、容错、错误处理能力也是非常重要的，为了保证网络的正常工作，要求传感器网络必须设计成具有一定的容错能力，允许传感器节点具有一定的故障率。另外，为了在网络中监视目标对象，配置冗余节点是必要的，节点之间可以通信和协作，共享数据，这样可以保证获得被监视对象比较全面的数据。在无线传感网络的安全手段中，物理层主要采用高效加密算法以及通过扩频通信减少电磁干扰，数据链路层采用安全MAC 协议，网络层安全路由协议以及应用层的密钥管理和安全组播。除了在路由协议上考虑安全机制，还可以采用安全协议。文献中介绍了无线传感器网络中的两种专用安全协议：SNEP和TESLA。SNEP的功能是提供节点到接收机之间数据的鉴权、加密、刷新，TESLA的功能是对广播数据的鉴权。
3．6系统低功耗设计
本节水灌溉系统中无线传感器采用地埋式温、湿度传感器探头，电源不可更换，加之传感器的最初掩埋的位置不好确定，所以它的电池更换极为不便。尽管ZigBee具有自组网络的功能，网络一个节点丢失，其它节点可自行组网，但节点的更换和增加加大了系统费用开销，所以最大程度降低系统各模块的功耗对整个节水灌溉系统而言非常必要。因此如何利用现有能量资源，延长网络的生命周期是本系统在设计上的一个关键问题。在无线传感器网络的节能研究包括分层独立节能优化和跨层节能优化。优化能量管理对传感器网络十分重要，除不断改进能量供应技术外，在全网从无线传感器网络的物理层到应用层不同层次实现节能，以达到最优的能量使用效率。通过对无线传感器网络的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层能量消耗特性进行分析，提出网络各层设计中应该注意的节能问题。低功耗设计是一个跨层的设计技术，它不仅能够提高各层的能量效率，同时还能提高网络层、MAC层和物理层的性能。在不同的通信系统中，由于系统的应用目的不同，低功耗设计所起的作用也不相同。WSN的低功耗设计是在不牺牲系统性能的前提下，尽可能地降低节点的发射功率，从而降低节点的能耗，提高网络的生存时间和系统的能量效率。传感器网络无效功耗损耗的来源主要来自以下4个方面：
(1)如果协议采用竞争方式使用共享的无线信道，在发送数据的过程中可能会引起多个节点之间发送的数据碰撞，这就需要重传发送的数据，从而消耗节点更多的能量；
(2)节点在不需要发送数据时，～直保持对无线信道的空闲侦听，以便接收可能传输给自己的数据，这种过度的空闲侦听同样会造成节点能量的浪费；
(3)节点接收并处理不相关的数据，这种串音现象造成节点的无线接收模块和处理器模块消耗更多的能量；
(4)在控制节点之间的信道分配时，如果控制信息过多，也会消耗较多的网络能量。根据这些无效功耗产生的途径，分别在网络各层设计中去消除、克服这些能耗，以降低功耗，延长系统寿命。物理层需要考虑编码调制技术、通信速率和通信频段等问题。编码调制技术影响占用频率带宽、通信速率、收发功率等一系列技术参数。提高数据传输速率可以减少数据收发的时间，但需要考虑提高网络速度对收发功率的影响。MAC层主要采用减少数据流量、增加射频模块休眠时间和冲突避免等方法。节点在没有数据接发时关闭射频模块转入休眠状态可以降低工作占空比、减少串扰和空闲侦听带来的能量浪费，代价是增加延迟和降低系统的吞吐率。对于网络层提高能量效率可以利用数据聚合来提高能量和带宽的利用率来加快网络冗余数据的收敛，以多跳方式转发数据包选择能量有效路由。传输层主要的传输协议是TCP和UDP。WSN节点数量巨大，数据具有突发性且报文很短，使用TCP会消耗更多的网络资源，同时加剧了能量的消耗，所以无线传感器网络中不适合用TCP传输协议，采用UDP比较合适。应用层必须针对具体应用的需求进行设计。网络节点实现数据采集、计算或传输功能，都需要消耗能量，所消耗的能量和数据量、采样频率、传感器类型以及应用需求等有关。在短时间内产生的大数据量如果不加处理直接传输，会造成网络拥塞，导致网络寿命缩短。常用的解决途径是采用数据融合技术，利用分布式数据库技术，对采集到的数据进行逐步筛选，达到融合效果。低功耗设计水平伴随着WSN的发展而不断提高，低功耗
设计技术的研究将进一步与WSN的特定应用联系起来，针对不同应用进行专门的优化。同时，软硬件整合设计，跨层网络协议设计等一体化低功耗设计思路将得到广泛应用。
第4章系统的硬件设计
4．1主控模块芯片CC2530
https://www.doczj.com/doc/bb2890725.html,2530无线芯片概述
CC2530芯片为Chipcon公司生产的2.4GHz标准的射频收发器芯片，利用它开发的无线通讯设备可以实现多点对多点的快速组网。CC2530在单个芯片上整合了ZigBee射频(IU)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU(8051)，具有128KB
可编程闪存和8 KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES．128协同处理器、看门狗定时器(Watchdog—timer)、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power-On．Reset)、掉电检测电路
(Brown--Out--Detection)，以及2 1个可编程I／O引脚。CC2530芯片采用O．18 1．t m CMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2530的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用闱。CC2530芯片需要很少的外围部件配合就能实现信号的收发功能。
https://www.doczj.com/doc/bb2890725.html,2530无线芯片的主要特点下：
CC2530单芯片上整合了ZigBee RF前端，内存，微控制器。其主要特点如无线单片机CC2530以它的丰富资源、高度集成以及低价格特别适合农业灌溉设施的单多参数采集，以它强大的无线通讯功能和无线网络协议栈为构建实用的农业灌溉设施通信网络传感器节点奠定了硬、软件基础。高性能和低功耗的8051微控制器核；将ZigBee IEEE 802．15．4的技术标准所需的高频部分电路全部集成到了电路内部；优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；在休眠模式时仅O．9衅的流耗，外部的中断或RTC(实时时钟)唤醒系统，在待机模式时少于0．61xA的流耗，外部的中断能唤醒系统；硬件支持CSMA／CA(具有检测冲击的载波侦听多路接人)功能；较宽的电压范围(2．0V～3．6 V)；数字化的RSSI(接收信号强度指示)／LQI(链路质量指示)支持和强大的DMA(直接存储器存取)功能；具有电池监测和温度感测功能；集成了14位ADC(A，D转换器)；集成AES(高级加密标准)安全协处理器；带有2个强大的支持几组协议的USART(通用异步同步收发器)，以及1个符合
IEEE802．15．4规范的MAC(媒体访问控制)层计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器；21个可编程的I／O引脚，PO、Pl口是完全8位口，P2口只有5个可使用位，可以由软件设定一组SFR(专用寄存器)的位和字节，使这些引脚作为通常的I／O口或作为连接ADC、计时器、USART等部件的外围设备口使用；强大和灵活的开发工具。CC2530芯片采用7mrnX 7mmQLP封装，共有48个引脚。其中21个可编程的I／O口引脚中，PO、Pl口是完全的8位口，P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通常的I／O口或作为连接AD C、计时器或USART部件的外围设备I／O口使用。采用特殊设计，使805 1
微处理器和高频线路间，实现完美的配合，将高速8051微处理器、32kB(或64kB、128kB)P,-]存、8k SRAM多种外围电路、8-14位的A／D转换器、4个定时／计数器和CC2420无线芯片等全部设计成一只非常小的芯片(48脚，7 mmX7 mm大小)，并且内置“看门狗”定时器，真正实现了单片机的无线化、微型化。
CC2530结构图
无线通讯中需要的大量软件处理，包括纠错，防止空气中包装碰撞，IEEE 802．15．4标准通讯协议处理，网络路由，多种网络拓扑等等，都可以象“搭积木”一样，轻易放入无线单片机内部存储器中去，因为CC2530这样的新一代无线单片机具有较大的存储空间。
4．2灌溉测控系统模块设计
a.网络节点硬件结构
基于ZigBee技术的片上系统CC2530的资源丰富、功能强大，使得无论是处于协调器位置的网络节点，还是处于网络末梢的传感器节点，其硬件结构都非常简单、可靠、实用。带有采集数据功能的协调器节点的结构框图如图所示。
基于物联网的智能家居系统设计毕业设计论文I 基于物联网的智能家居系统设计 摘要 智能家居系统是利用计算机、嵌入式系统和通信网络技术，将各种家用设施(如照明、安防、家电等)通过家庭网络连接到一起，从而为人们提供更为便利舒适的生活。传统的智能家居系统一般是通过有线线路布线和进行各种控制和通信的，人们难以脱离各种线缆的羁绊，而且系统的可扩展性能也很差。现代近距无线通信技术的发展，使得人们能够冲破这种束缚，营造更舒适的家居生活。家居网络可以大致分为数据网络和控制网络两大部分，本文主要针对智能家居系统的控制网络相关技术进行研究，并进行了系统设计。 本文主要按照以下几部分展开论述: 首先分析了智能家居系统的一般构成以及控制系统在智能家居的地位，并通过传统智能家居的特点进行分析，指出了目前市场上的智能家居系统的局限性，提出了基于短距无线网络的现代智能家居系统是将来的发展趋势。接着对智能家居控制的系统构架以及相关关键技术进行了分析和比较，指出基于IEEE802.15.4的zigbee技术是目前最适合无线家居控制系统的无线标准，并对该标准进行了深入研究。然后从系统和应用的角度来研究智能家居控制网络，设计了一个基于近距无线技术的智能家居控制演示系统，包括主控制器与传感器、摄像头监控、开关控制等功能节点的设计。 关键词：家居控制网，Zigbee，物联网
Things Based System Design of Smart Home ABSTRACT Intelligent household system is using a computer, the embedded system and communication network technology, will all sorts of household facilities (such as lighting, security, home appliance, etc) through the family network connectivity to together, thus provide people with more convenient comfortable life. The traditional intelligent household system is generally through the cable line wiring and various control and communication, people is hard to escape the fetters of various cable, and system extensible performance is also very poor. Modern sidewall of wireless communication technology development makes the people can get the chains, build the household life more comfortable. Household networks can be roughly divided into data networks and control network of two parts, this article mainly aims at intelligent household system control network relevant technology and system design. This paper mainly according to the following several aspects to discuss. This paper firstly analyzes the general intelligent household system composition and control system in intelligent household position, and through the traditional intelligent household characteristics, the paper suggests that the current market the limitations of the intelligent household system, puts forward the short-range wireless network based on the modern intelligent household system is the future trend of development. Then the intelligent household control system architecture and related key technology are analyzed and compared, points out that the IEEE8O2. Based on zigbee technology 15.4 is the most suitable for wireless home control system's wireless standards, and the standards were studied. Then from the Angle of system and application research intelligent household control network, design of a close wireless technology based on the intelligent household control demonstration system, including the main controller and sensor, surveillance camera, switch control design of functional nodes. Keywords:home control nets, Zigbee, Content networking
兰州理工大学 计算机与通信学院 2014年春季学期 物联网综合应用实践课程设计 题目：基于物联网的温湿度信息采集系统设计 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 成绩：
基于物联网的温湿度信息采集系统设计 摘要 基于物联网的无线传感网络是多学科的高度交叉，知识的高度集成的前沿热点研究领域。它通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测,感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端无线传感器网络的特性决定了其不需要较高的传输带宽，而要求较低的传输延时和极低的功率消耗。IEEES02．15．4／ZigBee 技术是近年来通信领域中的研究热点，具有低成本、低功耗、低速率、低复杂度的特点和高可靠性、组网简单、灵活等优势，逐渐成为无线传感器网络事实上的国际标准。 此次课设设计并实现了用无线传感器网络构成的分布式温度湿度监控系统。 关键词：物联网、信息采集、SHT10、串口通信
正文： (4) 一、前言 (4) 二、基本原理 (5) 2.1 SHT10引脚特性 (5) 2.2 温湿度传感器模块 (8) 2.3 CC2530串口通信原理 (9) 2.4 Zig Bee 简介 (10) 三、系统分析 (16) 四、详细设计 (18) 4.1硬件设计 (18) 4.2 软件设计 (21) 4.3 设计结构图 (21) 4.4 代码 (22) 总结 (33) 参考文献 (34)
正文： 一、前言 物联网系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可定制，适用于不同应用场合，对功能，可靠性，成本，体积，功耗有严格要求的专用计算机系统。随着生活水平的提高和科学技术发展的需求，人类对环境信息的感知上有了更高的要求，在某些特殊工业生产领域和室内存储场合对环境要求显得特别苛刻；随着物联网技术的发展，为环境环境检测提供了更进一步的保障。 基于物联网的环境信息采集系统包含感知层、传输层、应用层三个层面；传输层常见的有温湿度、烟感、一氧化碳、压力等物联网传感器模块，传输层包括有线通信和无线通信两部分，应用层包括各种终端。 在室内环境监测领域，以物联网技术为基础，结合ZigBee 技术可以实现、准确、完整、可靠的反应环境信息，做到实时监控。 基本原理： 湿度传感器和温度传感器采集到数据后，通过给RS232串口增加ZigBee功能，替代设备电缆线进行无线传输,串口传输设计为双向全双工，无硬件流控制，强制允许OTA(多条)时间和丢包重传。本次课设采用的senser节点中烧写EndDeviceEB程序，
《传感器与物联网技 术》 综合报告 题目：智能环境与物联网技术 专业： 学号： 姓名： 提交日期：二О一六年六月 摘要
环境与所有人的日常生活都息息相关，而物联网技术也随着计算机技术，信息技术，以及智能技术的发展越来越多的开始被应用到我们的日常生活中来。本文主要针对物联网技术应用到环境监测中的相关问题进行了分析与探讨。 智能环境利用各种传感器技术，移动计算，信息融合等技术对空气环境，海洋环境,河,湖水质，生态环境，城市环境质量进行全面有效地监控，通过构建全国各地环境质量的检测实现对全国范围内的环境进行实时在线监控和综合分析，建立全国性的污染源信息综合管理系统，为采取环境治理措施和污染预警提供更客观，有效的依据。 关键字：智能环境物联网技术传感器
目录 1引言 (4) 1.1 物联网简介 (4) 1.2智能环境研究的目的和背景 (4) 2需求分析 (4) 2.1智能环境功能需求分析 (5) 2.2各子系统需求分析 (5) 2.2.1大气污染监测子系统需求分析 (5) 2.2.2海洋污染监测子需求分析 (5) 2.2.3水质监测子系统需求分析 (5) 2.2.4生态环境检测子系统需求分析 (5) 2.2.5城市环境检测子系统需求分析 (5) 2.3其他非功能需求分析 (6) 2.3.1可靠性需求 (6) 2.3.2开放性需求 (6) 2.3.3可扩展性需求 (6) 2.3.4安全性需求 (6) 2.3.5应用环境需求 (6) 3详细设计 (6) 3.1各环境监测子系统解决方案 (6) 3.2智能环境监测系统结构图 (5) 3.2.1各子系统环境监测拓扑结构图 (6) 4结论 (12) 参考文献 (13)
三维可视化智能物联网管理平台 技术方案 二〇一二年八月
目录 一、概述 (3) 1.1项目背景 (3) 1.2建设系统的意义 (4) 1.3设计依据和参考资料 (5) 二、系统特点 (5) 三、设计原则 (6) 3.1可靠性 (6) 3.2先进性与合理性 (6) 3.3开发性 (6) 3.4可扩展性 (6) 四、系统总体构架 (6) 4.1系统整体框图 (6) 4.2系统研究内容 (7) 五、系统组成 (8) 5.1软件组成 (8) 5.2 硬件组成 (9) 5.3 软件功能 (10) 5.4 开发环境 (14) 5.5 系统报价 (14)
一、概述 1.1项目背景 物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把需要联网的物品与网络连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪监控和管理的一种网络，它是在网络基础上的延伸和扩展应用。物联网是被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。有业内专家认为物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本，另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。 目前，美国、加拿大、欧盟、日本、韩国等都在投入巨资深入研究探索物联网，并启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“U-Japan”、“U-Korea”、“物联网行动计划”等国家性区域战略规划。 我国把发展物联网已经提到国家的战略高度，它不但是信息技术发展到一定阶段的升级需要，同时也是实现国家产业结构调整，推动产业转型升级的一次重要契机。2010年9月，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》发布，新一代信息技术、节能环保、新能源等七个产业被列为中国的战略性新兴产业，将在今后加快推进，其中物联网技术作为新一代信息技术的重要组成部分，更是在近一年里受到政府、企业和科研机构的大力支持。 当前，世界各国的物联网基本都处于技术研究与试验阶段，物联网相关技术研究还处于起步发展阶段，在物联网基础研究和技术开发等方面还面临许多挑战。物联网涉及到的关键技术领域很多，包括RFID识别技术、泛在传感技术与纳米嵌入技术、IPV6地址技术以及等。从软件的角度来看，物联网软件技术研究方面也是处于起步阶段，尤其是基础软件的研究均处于探索阶段。 面对物联网所带来的大数据量、数据时效性高、安全与隐私性要求高等挑战，人们也在不断地探索亲的解决办法。在物联网系统中，由于传感器节点及采样数据的异构性，基础软件显得尤为重要。物联网基础软件不仅屏蔽了各类传感器硬件及数据的差异，实现了物联网节点及数据的统一处理，而且实现了海量物联网节点之间的协同工作，从而大大简化了物联网应用程序的开发。我们以动态位置感知类应用为例，相关的传感器可以包括GPS传感器、RFID传感器、手机定
基于物联网的智能仓储管理系统 物联网的概念于1999年由美国麻省理工学院提出，物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟特征和智能接口，并且可以与信息网络无缝整合。物联网将于媒体互联网、服务互联网和企业互联网一起，构成未来互联网。 物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，以有线或无线的方式把任何物品与互联网连接起来，以计算、存储等处理方式构成相应的静态与动态信息的知识网络，用以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是物物相连的网络。物联网中的“物”要满足一些条件才可以被纳入其范围：1.有相应信息的接收器；2.有数据传输通路；3.有一定的存储功能；4.有CPU；5.有操作系统;6.有专门的应用程序；7.有数据发送器；8.遵循物联网的通信协议；9.在世界网络有可识别的唯一编码。 目前仓储管理一部分是人工管理，一部分实现了条形码管理，仅有少部分开始使用二维码或射频标签。条码系统与物联网RFID技术相比，存在识别速度慢、信息携带量小、尺寸大、易损毀等缺点。应用物联网RFID技术，能有效地解决仓库物资流动的信息管理问题。将物联网RFID标签贴在仓库内的托盘、包装箱或元件上。标签内包含元件规格、序列号等信息。当物资通过安装在预置地点的RFID识读器时，便可自动记录信息，无线局域网将数据传输到后台管理信息系统，指挥中心就掌握了实时的物资储存信息。在这个过程中不需要保管员使用手持条形码扫描器对仓储物资进行逐个扫描，这将大大加快物资的流动速度，且能减少操作失误，降低管理成本，提高仓库管理的工作效率。 采用物联网技术将更加高效、准确地实现物资设备的仓储管理。将存储到仓库中的物资贴上RFID标签，能自动记录每件物资的入库、出库等操作，并且还能查询物资在仓库中的具体位置，同时能自动识
基于物联网技术的智能化综合 管理系统 设计方案 蓝色慧通（北京）科技集团有限公司 2020年7月6日
目录 一、项目背景 (3) 1.1项目背景 (3) 1.2设计目标 (3) 1.3设计依据 (4) 1.4设计原则 (5) 二、项目介绍 (6) 2.1、项目概述 (6) 2.2、对于安防报警数据的管理管控 (6) 2.3、对于环境数据的管理管控 (8) 2.4、针对消防报警的管理管控 (9) 2.5、对于结构体的数据监测 (9) 三、系统介绍 (10) 3.1、系统概述 (10) 3.2系统功能介绍 (11) 3.3系统拓扑图 (13) 3.4主要设备介绍 (13) 3.41、智能化综合管理平台 (13) 3.42、视频管理功能 (19) 3.43、LRRS无线专网基站 (21) 3.44、LRRS无线智能监测终端 (22) 3.45、LRRS无线手持终端 (23) 3.46、LRRS无线应急按钮 (25) 3.47、LRRS门禁开启关闭状态监测终端 (26) 3.48、LRRS无线智能控制终端 (27) 3.49、防爆型激光对射周界报警设备 (28) 3.410、温湿度传感器 (29) 3.411、烟雾报警设备 (30) 3.412、漏电传感器 (31)
3.413、高精度倾角传感器 (32) 3.414、三合一消防栓管道压力监测终端 (33)
一、项目背景 1.1项目背景 随着5G时代的到来及窄带物联网技术的出现，对于传统的智能化行业带来巨大的冲击，随着技术的不断完善及下游生态产品的不断出现，不仅改善人们的生活，还能给行业带来巨大的变革与创新，推动了经济快速发展。据市场研究机构Gartner预测，到2020年全球物联网终端数量将达到260亿，销售收入将达到3000亿美元，带动经济总量将超过1.9万亿美元。在国内，物联网也成为“中国制造2025”战略规划的重要组成部分。 而对于智能化行业而言引入最新的物联网技术，提高生产及生活安全和效率尤为重要，目前传统的智能化系统一般存在以下两个问题，第一，建设时间较长，技术较为老旧，后续维保费用持续增加，第二，系统未采用最新的架构设计，每种系统均配有大量的控制主机及辅助软件，造成集成性差，通讯回路重复建设和运维费用高等问题，而且日趋严重，急需找到一种新的方式实现一体化集中管控，从而降低投入建设成本，缓解运维人员工作强度。 随着科技的不断发展，基于窄带物联网技术智能化系统逐步成为一种新的趋势，解决了老旧系统对信号线及电源线的过度依赖性，实现了远距离低功耗的探测目的，此次物联网智能化综合管理系统，紧密融合窄带物联网技术，结合智能化行业现状，从根本上解决老旧系统存在的一些问题，实现了传统系统的一体化整合，不仅一次性投资金额减少，后期的维护维保费用也得到了降低，使用过程中更加稳定可靠，故障排查更加简便易懂。 1.2设计目标 该系统设计要求充分利用的最新的物联网技术及无线窄带数据组网技术，采用一个平台，一套通信回路，多种前端数据监测设备的模式，将智能化领域中的安防报警、智慧消防、环境监测、智能巡检、建筑安全等（传感器）融合到一个平台进行集中管理管控，针对上述系统传统的厂家均是开通系统软件平台接
智能监控系统在智能家居方面的应用 1.需求分析 随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，人类开始迈人以数字化和网络化为平台的智能化社会，人们对工作、生活等环境的要求也越来越高，其中正在兴起的基于物联网技术的智能家居则是依照人体工程学原理，融合个性需求，将感应器嵌入到与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等中，通过现有网络链接、控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。但由于体制、行业利益等方面的原因，我国目前的三表远程计量、住户安全监控、小区管理等系统大都自成体系，独立设备、独立线路结构、独立的管理运营模式．在该模式下，无疑会造成人员和设备的极大浪费，同时会给住户带来使用上的极大不便及增加维护、维修的工作量．基于以上考虑，本着以下五个原则设计了本智能监控系统． 1)充分利用好住宅区现有的信息化资源，尽可能保护住户的现有信息化软硬件设备投资． 2)采用先进成熟的技术和标准．在构建小区智能监控系统时采用符合业界标准的、先进的、成熟的技术，避免短期重复建设和技术落后，充分借鉴其它行业的成功经验，吸取其失败教训，少走或避免走弯路，做成一项精品工程。
3)高度的安全性．全面有效监控家居安全，无论是家庭防盗，还是住户的水、电、气使用及其它家用设施的安全，包括网络的自身安全。 4)可扩充性．在满足住户现有设备安全监控的前提下，对小区及住户未来的发展需求作总体规划，便于在进行监控网构建时软硬件上留下一定的扩充余地。 5)操作界面友好，提供在线帮助，操作简单。 2.系统架构 2.1系统的整体结构 图1系统整体结构示意图 如图l所示，从网络结构上看，系统主要由三层网络组成，最底层网
（物联网）通用互联网信息采集系统的设计与初步实 现
通用互联网信息采集系统的设计和初步实现 杜义华及俊川 (中国科学院计算机网络信息中心管理服务中心,北京100864) 摘要： 通过建立网页资源库、结合Spider技术、内容分析技术，引入用户数据项和替换抽取指令编辑器等，提供和定制可视化通用性较强的互联网信息采集系统，能定期自动跟踪关联网站或网页，进行比较分析、抽取、规整入库、分类等从互联网上获取所需信息。本文主要分析和介绍其设计实现思路。 关键词：互联网信息采集系统网络信息挖掘 中图法分类号：TP393文献标识码：A文章编号：0310206 DesignandImplementationofaInternetInformationGather&ProcessSystem DUYi-hua,JIJun-chuan (Dept.ofOA,ComputerNetworkInformationCenter,ChineseAcademyofScienceBeijing 10084,China) Abstract：Byusingwebpagedatabasetechnology、SPIDERsearchingtechnologyandcontentparsingtechnology,providingwithUser-Defin edfieldconfigtoolandbatchGet&Replacescriptlanguageeditor,Wedevelopaflexiblevis ualInternetInformationGather&ProcessSystem,whichaccordingto user’ssetting,can automatictrackWeb、filterinformation、Gatherinformation、extractinformation、classifyinformationandsavetodatabasetermly.Thispaperintroducesthedesignandimpl ementationofthesystemindetail. Keywords：InternetInformationGather&ProcessSystem；WebMining
玉米协同创新基地物联网智能管理系统 项目实施协议 张掖市财政资金支持项目合同书 合同号： 甲方（项目建设单位）：张掖市农业科学研究院 乙方（项目实施单位）： 甲乙双方通过物联网、自动控制与云计算技术，将玉米协同创新基地建设成生产灌溉自动化、智能化、可视化的先进试验研究基地。为玉米协同创新生产提供科学依据，达到科学研究、节水节肥、提高效益、增强品质的目的。以帮助生产与科研人员及时掌握田间生长环境信息，实现数据获取的精准化、自动化与智能化，及时掌握作物生长环境参数, 及时发现试验研究中存在的问题，并且准确地确定发生问题的位置。将试验生产逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息数据和软件为中心的智能化综合生产管理模式。 第一条合同标的 甲方因乙方实施玉米协同创新基地物联网智能化管理项目而给予乙方总额为40万元的项目实施费。 第二条资助项目的实施 1、甲方在乙方保证完整、正确履行本合同的情况下给予乙方本合 同第一条规定的项目实施费;
2、甲方将定期检查乙方项目实施进展情况，根据施工进度确定拨 款时间及实际拨付金额； 3、乙方按项目申报书内容进行项目实施，不得擅自变更项目内容。如确需修改项目实施内容，须另附协议经甲方签字认可后，方可变动项目施工方案。 第三条项目实施具体内容 1、田间气象自动监测系统； 2、试验基地水肥一体化自动节水灌溉控制系统； 3、田间无线墒情监测系统； 4、作物生长势监测系统； 5、田间配套土建工程。 第四条项目完成目标 1、项目的实施期为项目立项至验收完成项目完成日期年月日前，项目验 收日期年月日。 2、项目实施目标 （1）总目标：包括项目执行期间计划投资额、应用示范的目标及在国内外的水平。 （2）技术目标: 项目通过物联网、自动控制与云计算技术，将玉米协同创新基地建设成生产灌溉自动化、智能化、可视化的先进试验研究基地。 （3）实现目标：项目通过建设大量的传感器节点网络，通过各种传感器采集信息，并与田间控制设备相结合，以帮助生产与科研人员及时掌握田间生
农业物联网智能监测系统 物联网概念在1999年提出，是将所有物品通过各种信息传感设备，如射频识别装置、基于光声电磁的传感器、3S技术、激光扫描器等各类装置与互联网结合起来，实现数据采集、融合、处理，并通过操作终端，实现智能化识别和管理。 物联网农业智能测控系统的技术特点： （1）监控功能系统：根据无线网络获取的植物生长环境信息，如监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。其它参数也可以选配，如土壤中的PH值、电导率等等。信息收集、负责接收无线传感汇聚节点发来的数据、存储、显示和数据管理，实现所有基地测试点信息的获取、管理、动态显示和分析处理以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据以上各类信息的反馈对农业园区进行自动灌溉、自动降温、自动卷模、自动进行液体肥料施肥、自动喷药等自动控制。 （2）监测功能系统：在农业园区内实现自动信息检测与控制，通过配备无线传感节点，太阳能供电系统、信息采集和信息路由设备、配备无线传感传输系统，每个基点配置无线传感节点，每个无线传感节点可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。其它参数也可以选配，如土壤中的PH值、电导率等等。信息收集、负责接收无线传感汇聚节点发来的数据、存储、显示和数据管理，实现所有基地测试点信息的获取、管理、动态显示和分析处理以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息。 （3）实时图像与视频监控功能：农业物联网的基本概念是实现农业上作物与环境、土壤及肥力间的物物相联的关系网络，通过多维信息与多层次处理实现农作物的最佳生长环境调理及施肥管理。但是作为管理农业生产的人员而言，仅仅数值化的物物相联并不能完全营造作物最佳生长条件。视频与图像监控为物与物之间的关联提供了更直观的表达方式。比如：哪块地缺水了，在物联网单层数据上看仅仅能看到水分数据偏低。应该灌溉到什么程度也不能死搬硬套地仅仅根据这一个数据来作决策。因为农业生产环境的不均匀性决定了农业信息获取上的先天性弊端，而很难从单纯的技术手段上进行突破。视频监控的引用，直观地反映了农作物生产的实时状态，引入视频图像与图像处理，既可直观反映一些作物的生长长势，也可以侧面反映出作物生长的整体状态及营养水平。可以从整体上给农户提供更加科学的种植决策理论依据。 我国是一个传统的农业大国，人口众多，但耕地相对缺乏，土壤总体质量不高。在这种条件下，需要更加精细而有效的利用土壤资源，对土壤的信息进行监测与预警。每种不同的土壤都可能有不同的土地利用方式和管理措施，及时了解它们的土壤质量信息和变化对指导农业生产和保护生态环境有十分重要的意义。 在现代农业领域提出了“精确农业”、“数字农业”等概念，均是以土壤信息为基础，对土地进行信息获取、管理和分析土壤数据，以此进行决策分析和墒情预警，为农业科技人员掌握土壤信息提供大量的数据。托普土壤墒情监控系统包括监测预警系统、无线传输系统、
物联网的教室管理系统 在学校，课堂教学环节是学生接受系统教育最重要的一环，做好教学互动环节，是掌握好教学环节的质量，提高教学水平的关键。现行的教学过程中，传统的签到环节、教室使用率均存在诸多问题。签到过程中，使用纸张签到，效率低且存在代签现象，结果不便于教师统计；随着高校的扩招，在校学生越来越多，而相应高校面积却没有扩建。随着高校后勤社会化改革，学生上课条件得到了很大改善，可供学生选择的余地也越来越大，但是如今学生和自习座位现行的教学楼管理系统中存在着许多问题，目前国内大部分的教学楼管理内部还处于原始的人工管理阶段，无论对自习的学生还是对教学楼的管理者都造成了极大地困扰。尤其是在高峰期形成拥挤的现象，极大的耽误了时间。传统的教学方式已经不适应现代化教学的需要，基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、视频监控及远程控制于一体的新型现代化智慧教室系统在逐步的推广运用。智慧教室作为一种新型的教育形式和现代化教学手段，给教育行业带来了新的机遇。 目标： 1、教室课程安排。 学生可以通过手机、pad、电脑等设备对各教室使用情况进行查询，引导学生以最短的时间快速进入自己中意的教室，提高教学楼的使用率、提高学生满意度。
绿色：无课，座位使用率在50%以下。 蓝色：有课 黄色：无课，座位使用率在50%以上，70%以下 橙色：无课，座位使用率在70% 以上 学生可以通过手机、PAD 、电脑等设备对每个教室本周的课程情况进行查询。 课程安排信息与教务处课程安排同步。需要教务处提供软件借口。 每个教室需要安装传感器进行监测教室中的人数。 如下图，是教室1.2米高处的截面图。虚线位置为传感器安放位置，其中传感器①安装在门框上，传感器②安装在与传感器①成30°角的位置。
基于物联网的智能家居 系统设计 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
报告名称：基于物联网的智能家居控制系统设计方案 班级组号： 指导老师： 组长学号姓名： 组员学号名字： 2017年3月17日 目录 一. 项目背景 (1) 二. 系统需求分析 (1) 1.方便的手持设备.............. .. (1) 2.摄像头.............. (1) 3.门禁.............. . (1) 4.空气质量检测.............. (2) 5.湿度、烟雾检测.............. .. (2) 6.远程控制.............. .. (2) 三.智能家居系统功能简述 (2) 1.智能安防系统 (2) 2.智能照明系统. (2) 3.智能电器控制系统. (2) 4.门禁系统. (3) 5.烟雾检测统. (3) 6.空气质量检测系统. (3) 四.智能家庭平面图 (4) 五. 智能家居各系统原理图 (5) 1.智能安防与视频监控系统 (5) .设备组成 (5) .功能 (5)
.程序流程图 (6) 2.智能照明系统 (7) .设备组成 (7) .功能 (7) .程序流程图 (8) 3.智能电器控制系统 (8) .设备组成 (8) .功能 (9) .程序流程图 (9) 4.门禁系统 (10) .设备组成 (10) .功能 (10) .程序流程图 (10) 5.烟雾检测系统 (11) .设备组成 (11) .功能 (11) .程序流程图 (12) 6.空气质量检测系统 (12) .设备组成 (12) .功能 (12) .程序流程图 (13) . 六.团队成员的分工安排 (13)
毕业设计（论文）课题基于物联网技术的数据采集终端的设计学院电子信息工程学院 专业（方向）应用电子技术 班级电子112 学号 7 姓名尹露露 完成日期2013-11 指导教师束慧
基于物联网技术的数据采集终端的设计 摘要 目前，数据采集一直是工业控制设备的主要组成部分，设计高精度的AD采集终端，对系统的性能很重要，目前随着物联网技术的不断发展，为现场信号采集和传输提供了一种新的方法，本课题在于探索和研究一种基于物联网技术的数据采集终端。本系统由单片机控制模块、AD采集模块、液晶显示模块、时钟模块、温度模块、无线通讯模块等组成，可实现现场数据的实时准确采集。 关键词：物联网技术，高精度，数据采集，通讯 Abstract At present,?the data acquisition?is the main?part of?industrial control equipment. The performance of AD?acquisition terminal?design of high precision?for the system?is very important. At present,?with the?continuous development of?the Internet of things technology. It provides a?new?method for?data acquisition?and transmission. This paper?is to explore?and study?a?IOT based?data acquisition terminal. The system is composed of MCU control module,?AD?data acquisition module, LCD module,?clock module,?temperature?module,?wireless?communication module. It can realize accurate?real-time?field data. Keywords: Internet of things technology, High precision, Data acquisition, Communication
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/bb2890725.html, 智慧消防物联网监控系统设计 作者：陈淑武 来源：《消防界》2018年第04期 摘要：详细分析了进行智慧消防物联网监控系统建设的必要性，以及消防安全对智慧消防物联网监控系统的技术需求，并结合智慧消防物联网云平台及终端设计的实践经验，对智慧消防物联网监控系统的设计技术进行了详尽的总结及阐述。 关键词：智慧消防；消防物联网；LoRa；NB-IoT；2.5G/3G/4G 随着我国经济的高速发展和城市建设规模的不断扩大，城市中高層、超高层建筑和大型建筑日益增多，建筑消防安全问题也越来越突出，一旦发生火灾极易出现群死群伤的重大灾害并造成严重的社会影响。同时，社会单位对“消防社会化”的思想认识不够，专业技术知识不足，内部消防安全检查质量没有保证，甚至出现个别管理人员弄虚作假等情况，造成建筑火灾隐患难以排除。 为解决当前消防安全领域存在的薄弱环节和突出问题，有效防范和坚决遏制重特大事故，采用物联网、互联网、云计算、云储存、大数据智能分析等先进技术手段，建设智慧消防物联网监控系统已经迫在眉睫。 一、智慧消防物联网监控系统架构设计 系统架构设计采用典型的物联网三层架构：采集层、通信层及平台应用层。系统主要功能是远程实时检测现场各类消防危险源、消费设施、消防水源及环境参数，通过云平台进行存储、分析、处理、报警，展示整个区域消防状况及消防报警信息，并和公安消防系统联动，达到智能检测、智能处理、智能报警、智能联动的效果。系统架构图如下： 二、系统采集层设计 采集层通过各种专业传感器检测现场温度、烟雾、可燃气、电气火灾等消防安全危险源，消防栓及喷淋头水压、消防水箱及消防池水位、消控主机、消防管道阀门、防火门启闭等消防设施主要参数，以及现场视频信息。主要设备包括： （1）温感探测器：实时监测现场温度，具备报警和智能联网功能，可24小时不间断监控。内嵌LoRa或NB-IoT模块，实现智能联网。 （2）烟雾探测器：实时监测现场烟雾浓度，具备报警和智能联网功能，可24小时不间断监控。内嵌LoRa或NB-IoT模块，实现智能联网。
一、背景 随着物联网技术的发展，物联网并不仅仅是一种网络，而是一个新的生态环境，它描述的本质是物品和网络连接在一起，并可使用单个或者多个的终端设备对它们进行各种控制和使用。 传统物联网项目开发存在的设备管理成本高昂、架构僵化、系统风险大、投入产出低、开发周期长、落地慢等痛点问题。 北京西岐网络认为，只有在物联网应用平台上，有深度的数据足够多时，才能提前预知物联设备实施运行况，以及潜在的风险，统计分析，提供更好的产品服务和深层次的应用。 二、系统优势
西岐智慧物联网平台发挥自身在物联网技术、设备、数据层面的强大连接能力，打通物联网产业链上下游能力，聚焦于一站式开发服务，提供设备接入开发能力，统一标准、统一协议，通过数据积累，打通各系统信息桎梏，最终在物联网应用和物联网设备之间搭建了高效、稳定、安全的应用平台。 统一设备管理 统一设备模型，设备数据管理。统一的设备操作API，屏蔽各个厂家不同协议不同设备的差异，支持跨服务,同步(RRpc)，异步的设备消息收发。 多协议适配，打造标准化 集成了各种常见的网络协议(MQTT，HTTP，TCP，UDP，CoAP)等，不同设备使用不同协议接入，并对其进行封装，实现统一管理，监控，在线调试，在线启动，停止，更新等功能，降低网络编程的复杂度。 可视化配置仪表盘 动态配置图表，折线图，饼状图，地图等，生成大屏界面。 可视化规则引擎
可视化拖拽规则引擎设计器,灵活可拓展的多种规则节点支持。可通过规则引擎在线动态配置数据,业务处理逻辑。 三、功能模块介绍 统计分析 统计分析以图表的形式，统计了当前在线设备总数、今日设备消息量、CPU 使用率、JVM内存，实现了对设备数据的精准掌控和统计分析。 统计分析 系统设置 系统设置包含用户管理、权限管理、OpenApi客户端、机构管理、角色管理。
目录 第一章课题背景与意义 (3) 1.1课题研究的背景 (3) 1.2课题研究的意义 (4) 第二章国内外发展现状及文献综述 (5) 2.1 物联网 (5) 2.1.1物联网简介 (5) 2.1.2 RFID简介 (8) 2.1.3 WSN简介 (9) 2.2 智能交通管理系统（ITMS） (10) 第三章研究内容 (12) 3.1 基于物联网技术的ITMS的系统架构 (12) 3.2 物联网技术在ITMS中的应用 (13) 3.2.1 交通执法管理 (13) 3.2.2 需求管理 (14) 3.2.3 交通控制 (15) 3.2.4 交通诱导 (16) 3.2.5 紧急事件处理 (16) 3.2.6 其他 (17) 3.3 关键技术 (17) 3.3.1 城市交通领域专用RFID标签 (17) 3.3.2 基站分布网络的优化 (17) 3.3.3 多传感深度融合的系统集成关键技术 (18) 3.3.4 交通信息深度挖掘 (18) 3.4 未来研究的方向 (19) 第四章技术路线 (19)
第五章预期成果与进度安排 (20) 5.1 预期成果 (20) 5.1.1 完成本科毕业设计论文 (20) 5.1.2 提出基于物联网的智能交通管理系统的系统架构 (20) 5.1.3 提出关键技术的解决方法 (20) 5.2 进度安排 (20) 第六章参考文献 (20) 附录A 外文资料的书面翻译 (21)
第一章课题背景与意义 1.1课题研究的背景 1999年，美国麻省理工学院（MIT）Auto-ID中心的Ashton教授在研究射频识别（RFID）时首次提出了物联网（Internet of Things，简称IOT）的概念，即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。 2004年日本总务省提出U-Japan构想中，希望在2010年将日本建设成一个“Anytime，Anywhere，Anything，Anyone”都可以上网的环境。同年，韩国政府制定了U-Korea战略，韩国信通部发布的《数字时代的人本主义：IT839战略》以具体呼应U-Korea。 2005年11月，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。 2008年11月，IBM提出“智慧地球”（Smart Planet或Smart Earth）概念，即“互联网+物联网=智慧地球”，以此作为经济振兴战略。如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内打造一个成熟的智慧基础设施平台。 2009年6月,欧盟委员会提出针对物联网行动方案，方案明确表示在技术层面将给予大量资金支持，在政府管理层面将提出与现有法规相适应的网络监管方案。2009年8月,温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时明确指示“要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，并且明确要求“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫‘感知中国’中心”。 物联网这个词在最近一两年出现的频率大幅度增加，受到了社会各界的广泛关注，被认为是信息革命的第三次浪潮，将会为社会带来巨大的经济效益。据美国权威咨询机构Forrester预测，到2020年，世界上“物与物互联”的物的数量
报告名称：基于物联网的智能家居控制系统设计方案班级组号： 指导老师： 组长学号姓名： 组员学号名字：
2017年3月17日 目录 一. 项目背景 .............................................. 错误!未定义书签。 二. 系统需求分析 .......................................... 错误!未定义书签。 1.方便的手持设备.............. . (1) 2.摄像头.............. (1) 3.门禁.............. .. (1) 4.空气质量检测.............. (2) 5.湿度、烟雾检测.............. . (2) 6.远程控制.............. . (2) 三.智能家居系统功能简述 (2) 1.智能安防系统 (2) 2.智能照明系统. (2) 3.智能电器控制系统. (2) 4.门禁系统. (3) 5.烟雾检测统. (3) 6.空气质量检测系统. (3) 四.智能家庭平面图 (4) 五. 智能家居各系统原理图 (5) 1.智能安防与视频监控系统 (5) 1.1.设备组成 (5) 1.2.功能 (5) 1.3.程序流程图 (6) 2.智能照明系统......................................... 错误!未定义书签。 2.1.设备组成....................................... 错误!未定义书签。 2.2.功能............................................ 错误!未定义书签。 2.3.程序流程图 (8) 3.智能电器控制系统 (8) 3.1.设备组成 (8)