基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的智能灌溉系統研究

上位PC機作為控制中心必須具備網(wǎng)絡(luò )喚醒、數據處理、路由維護功能。C++Builder、Delphi和微軟的Visual Basic都是可選的快速開(kāi)發(fā)工具。上層軟件功能由Delphi實(shí)現，考慮到點(diǎn)對點(diǎn)通信的可靠性，數據在底層無(wú)線(xiàn)傳輸中需要增加必要的協(xié)議規范。設計中對有效數據進(jìn)行打包，格式為：前導碼、地址、有效數據載荷、校驗碼。

6.2.1 串口通信格式

上位機與模塊間的通信是通過(guò)異步串口來(lái)完成的。異步串口采用標準的串口格式，即1個(gè)起始位、8個(gè)數據位和1個(gè)停止位，傳輸速率為1 200 b／s。上位機與模塊間的通信內容有兩類(lèi)，一類(lèi)是數據，一類(lèi)是命令。

6.2.2 數據及命令的區分

當上位機向模塊傳送信息時(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端應置為邏輯“0”，若串口信息為數據，則DTR端應置為邏輯“1”。

當模塊向上位機傳送信息時(shí)，DSR端可用來(lái)指示串口信息的性質(zhì)，若串口信息為命令，DSR端為邏輯“0”，若串口信息為數據，DSR端為邏輯“1”。當模塊串口無(wú)數據發(fā)出時(shí)，DSR端的功能可指示模塊是否可以接收上位機的信息，當模塊準備好，可以接收上位機的信息時(shí)，此端為邏輯“0”；當模塊不能接收計算機的數據時(shí)，此端為邏輯“1”。

6.2.3 命令和數據傳送格式

SA68D21DL的命令傳送格式為：

D7H 命令碼H 參數H

其中，D7H為命令碼的特征碼，即字頭。命令碼為一字節長(cháng)度，代表命令的性質(zhì)。不同的命令碼有不同的參數，模塊在收到命令后，將根據命令碼的不同，分析參數并執行命令。對于有些需要發(fā)送信令的命令，模塊將根據命令的性質(zhì)來(lái)發(fā)送相應的信令。當SA68D21DL在進(jìn)行數據傳送時(shí)，不論是上位機傳給模塊，還是模塊傳給上位機的數據，都采用無(wú)格式傳送方式。

基于農田實(shí)際工程，采用平面路由協(xié)議DD(Directed Diffusion)定向擴散路由是一種以數據為中心的信息傳播協(xié)議，與已有的路由算法有著(zhù)截然不同的實(shí)現機制，運行DD的傳感器節點(diǎn)使用基于屬性的命名機制來(lái)描述數據，并通過(guò)向所有節點(diǎn)發(fā)送對某個(gè)命名數據的INTEREST(任務(wù)描述符)來(lái)完成數據收集。在傳播INTEREST的過(guò)程中，指定范圍內的節點(diǎn)利用緩存機制動(dòng)態(tài)維護接收數據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(lái)采集與該INTEREST相匹配的信息。節點(diǎn)對采集的信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的預處理后，利用本地化規則和加強算法建立一條到達目的節點(diǎn)的最佳路徑。

6.3 主控軟件程序設計

系統軟件采用分層設計，包括硬件設備驅動(dòng)層、操作系統層、應用程序接口層和應用軟件層。軟件系統結構如圖7所示。操作系統選擇小型的實(shí)時(shí)操作系統μC／OS-II是基于以下考慮：廣州致遠公司MiniARM嵌入式工控模塊提供正版μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統在內的豐富軟件資源，完整的軟硬件架構只需專(zhuān)注于編寫(xiě)產(chǎn)品的應用程序。幾行代碼即可實(shí)現TCP／IP通信、CAN-BUS現場(chǎng)總線(xiàn)通信、USB通信和大容量存儲等復雜功能，使嵌入式系統設計更加簡(jiǎn)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)、應用層(HTTP協(xié)議)。本系統的TCP／IP協(xié)議棧選擇UIP1.0。

7 結語(yǔ)

本文研究了基于嵌入式系統而設計出來(lái)的智能廣域農田供水系統，當檢測到農田缺水信息時(shí)能夠通過(guò)自動(dòng)控制繼電器來(lái)啟動(dòng)供水水泵，而且實(shí)現了遠程GPRS通信，可以通過(guò)PC機來(lái)了解系統的運行狀況并可對其控制，能夠自動(dòng)采集土壤信息來(lái)自行確定是否啟動(dòng)水泵為農田供水，這正符合我國農村的基本國情。

本系統操作簡(jiǎn)單，對系統改造一下，可以設計成庭院自動(dòng)供水系統、溫室自動(dòng)供水系統和花園自動(dòng)供水系統等，故本系統的可擴展性比較好，前景比較廣闊。