基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能灌溉系統(tǒng)研究

上位PC機(jī)作為控制中心必須具備網(wǎng)絡(luò)喚醒、數(shù)據(jù)處理、路由維護(hù)功能。C++Builder、Delphi和微軟的Visual Basic都是可選的快速開發(fā)工具。上層軟件功能由Delphi實(shí)現(xiàn)，考慮到點(diǎn)對點(diǎn)通信的可靠性，數(shù)據(jù)在底層無線傳輸中需要增加必要的協(xié)議規(guī)范。設(shè)計(jì)中對有效數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，格式為：前導(dǎo)碼、地址、有效數(shù)據(jù)載荷、校驗(yàn)碼。

6.2.1 串口通信格式

上位機(jī)與模塊間的通信是通過異步串口來完成的。異步串口采用標(biāo)準(zhǔn)的串口格式，即1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位，傳輸速率為1 200 b／s。上位機(jī)與模塊間的通信內(nèi)容有兩類，一類是數(shù)據(jù)，一類是命令。

6.2.2 數(shù)據(jù)及命令的區(qū)分

當(dāng)上位機(jī)向模塊傳送信息時(shí)，DTR端的功能是指示串口信息的性質(zhì)。若串口信息為命令，DTR端應(yīng)置為邏輯“0”，若串口信息為數(shù)據(jù)，則DTR端應(yīng)置為邏輯“1”。

當(dāng)模塊向上位機(jī)傳送信息時(shí)，DSR端可用來指示串口信息的性質(zhì)，若串口信息為命令，DSR端為邏輯“0”，若串口信息為數(shù)據(jù)，DSR端為邏輯“1”。當(dāng)模塊串口無數(shù)據(jù)發(fā)出時(shí)，DSR端的功能可指示模塊是否可以接收上位機(jī)的信息，當(dāng)模塊準(zhǔn)備好，可以接收上位機(jī)的信息時(shí)，此端為邏輯“0”；當(dāng)模塊不能接收計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)時(shí)，此端為邏輯“1”。

6.2.3 命令和數(shù)據(jù)傳送格式

SA68D21DL的命令傳送格式為：

D7H 命令碼H 參數(shù)H

其中，D7H為命令碼的特征碼，即字頭。命令碼為一字節(jié)長度，代表命令的性質(zhì)。不同的命令碼有不同的參數(shù)，模塊在收到命令后，將根據(jù)命令碼的不同，分析參數(shù)并執(zhí)行命令。對于有些需要發(fā)送信令的命令，模塊將根據(jù)命令的性質(zhì)來發(fā)送相應(yīng)的信令。當(dāng)SA68D21DL在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，不論是上位機(jī)傳給模塊，還是模塊傳給上位機(jī)的數(shù)據(jù)，都采用無格式傳送方式。

基于農(nóng)田實(shí)際工程，采用平面路由協(xié)議DD(Directed Diffusion)定向擴(kuò)散路由是一種以數(shù)據(jù)為中心的信息傳播協(xié)議，與已有的路由算法有著截然不同的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，運(yùn)行DD的傳感器節(jié)點(diǎn)使用基于屬性的命名機(jī)制來描述數(shù)據(jù)，并通過向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送對某個(gè)命名數(shù)據(jù)的INTEREST(任務(wù)描述符)來完成數(shù)據(jù)收集。在傳播INTEREST的過程中，指定范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)利用緩存機(jī)制動(dòng)態(tài)維護(hù)接收數(shù)據(jù)的屬性及指向信息源的梯度矢量等信息，同時(shí)激活傳感器來采集與該INTEREST相匹配的信息。節(jié)點(diǎn)對采集的信息進(jìn)行簡單的預(yù)處理后，利用本地化規(guī)則和加強(qiáng)算法建立一條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最佳路徑。

6.3 主控軟件程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用分層設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)層、操作系統(tǒng)層、應(yīng)用程序接口層和應(yīng)用軟件層。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7所示。操作系統(tǒng)選擇小型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-II是基于以下考慮：廣州致遠(yuǎn)公司MiniARM嵌入式工控模塊提供正版μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在內(nèi)的豐富軟件資源，完整的軟硬件架構(gòu)只需專注于編寫產(chǎn)品的應(yīng)用程序。幾行代碼即可實(shí)現(xiàn)TCP／IP通信、CAN-BUS現(xiàn)場總線通信、USB通信和大容量存儲等復(fù)雜功能，使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡潔方便。TCP／IP協(xié)議分為4層：鏈路層(ARP協(xié)議)、網(wǎng)絡(luò)層(IP協(xié)議、ICMP協(xié)議)、傳輸層(TCP協(xié)議、UDP協(xié)議)、應(yīng)用層(HTTP協(xié)議)。本系統(tǒng)的TCP／IP協(xié)議棧選擇UIP1.0。

7 結(jié)語

本文研究了基于嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)出來的智能廣域農(nóng)田供水系統(tǒng)，當(dāng)檢測到農(nóng)田缺水信息時(shí)能夠通過自動(dòng)控制繼電器來啟動(dòng)供水水泵，而且實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程GPRS通信，可以通過PC機(jī)來了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況并可對其控制，能夠自動(dòng)采集土壤信息來自行確定是否啟動(dòng)水泵為農(nóng)田供水，這正符合我國農(nóng)村的基本國情。

本系統(tǒng)操作簡單，對系統(tǒng)改造一下，可以設(shè)計(jì)成庭院自動(dòng)供水系統(tǒng)、溫室自動(dòng)供水系統(tǒng)和花園自動(dòng)供水系統(tǒng)等，故本系統(tǒng)的可擴(kuò)展性比較好，前景比較廣闊。