物联网综合应用实践课程设计题 目: 基于物联网的智慧农业系统的设计 院(系): 计算机与通信学院 专业年级: 11级物联网1班 姓 名: 郭盛功 学 号: 112801012 指导教师: 马维俊 摘要31 绪论41.1 农业物联网技术41.1.1 农业物联网产生背景41.2 物联网技术在农业种植环境中的应用51.2.1 物联网技术实现农业种植环境的智能化管理51.2.2 物联网技术实现农产品质量安全有效监管52 基本原理62.1硬件方面62.1.1芯片SHT10介绍62.1.2 CC2530介绍72.2 软件方面92.2.1 ZigBee技术92.2.2 ZigBee特点112.2.3 ZigBee协议栈结构122.2.4 无线传感器网络153 农业物联网种植环境监控系统设计173.1 农业物联网种植环境监控系统关键技术173.2 农业物联网种植环境监控系统建构173.3农业种植监控系统构建183.3.1 系统硬件构建183.3.2 系统软件构建183.33 编码20四 总结22五 参考文献23六 致谢信24基于物联网的智慧农业系统设计摘要智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动互联、云计算和物联网技术为一体，依托部署在农业生产现场的各种传感节点（环境温湿度、土壤水分、二氧化碳、图像等）和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策。基于Zigbee技术的智慧农业解决方案，成本低廉，是一般人都能负担的价格；控制更简单，让每一位刚接触的人都能轻松使用；功耗更低、组网更方便、网络更健壮，给您带来高科技的全新感受。您的温室大棚规模越大，基于Zigbee技术的智慧农业解决方案在使用中，要准确及时地操控所有设备，最值得关注的应该就是网络信号的稳定性。鉴于温室大棚的网络覆盖区域比较广泛，我们贴心为您呈现物联无线组网！智慧农业能有效连接物联Internet通信网关和超出物联Internet通信网关有效控制区域的其它Zigbee网络设备，实现中继组网，扩大覆盖区域，并传输网关的控制命令到相关网络设备，达到预期传输和控制的效果。基于先进的Zigbee技术，物联无线中继器无需接入网线，就可自行中继组网，扩散网络信号，让您的网络灵活顺畅运行，保障您的所有设备正常运行。主要采集温湿度，从而控制农植物的水分和光照。关键词：Zigbee，CC2530，智慧农业，云计算，物联网1 绪论农业是关系着国计民生的基础产业，我国传统农业在向现代农业发展中面临着确保农产品总量、调整农业产业结构、改善农产品品质和质量，改善生产效益低下、资源严重不足且利用率低、环境污染等问题而不能适应农业持续发展的需要。因此，关于农业物联网技术的研究势在必行。物联网是以感知为目的的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。物联网可以很好地应用到诸多领域，农业即是其中之一。 文章在农业物联网的背景下，设计了农业中最为关键的种植环境智能化检测系统，一方面对其中的关键技术种植检测硬件系统和软件系统进行设计，主要包括农业物联网监管系列传感器，无线传感器网络通过模块采集温湿度光照登信息，经由无线收发模块传输数据，通过后台管理实现对环境信息的远程控制，随时进行调整和处理，实现对环境信息的远程控制。另一方面是设计了农业物联网下种植环境监控平台。文章旨在设计出基于物联网技术的农业种植环境监控系统，能够极大地推进高现代农业的自动化、智能化水平，降低资源占有率，提高农产品的生产效率及产品的质量。1.1 农业物联网技术1.1.1 农业物联网产生背景 农业信息技术是我国现代农业科技的重要内容，大力推进“信息化与农业现代化融合”是我国现代农业发展方向。“农业物联网”即利用物联网技术，即通过相应的智能传感器设备实时监控农业种植环境，并将各个相应的数据通过数据采集设备，经过无线网络系统传送到信息控制中心，进而对农业种植环境进行调节，智能控制农作物健康生长所需环境如温度、湿度以及光照、土壤温度、含水量，及时灌溉系统。实现农业种植综合生态信息的自动检测，对环境进行自动监控。1.2 物联网技术在农业种植环境中的应用1.2.1 物联网技术实现农业种植环境的智能化管理 通过在农业种植系统中安装相应的只能控制系统，实现对整农作物种植环境中各个参数的实时监控，及时掌握农作物生长环境的一些参数，并根据参数变化适时调控来掌控农作物最佳的生长环境，将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，为温室精准调控提供科学依据。1.2.2 物联网技术实现农产品质量安全有效监管农业物联网技术能够通过广泛采用电子标识、条形码、传感器网络、物联网中间件和网络平台技术等关键技术，实现产品从生产、储运、交易信息的透明化和实时监控，从而实现农产品从农田到餐桌的全程可管可控，农产品质量安全有效地监管。2 基本原理本实验将使用CC2530读取温湿度传感器SHT10的温度和湿度数据， 并通过CC2530内部的ADC得到光照传感器的数据。最后将采样到的数据转换然后在LCD上显示。其中对温湿度的读取是利用CC2530的I/O（P1.0和P1.1）模拟一个类IIC的过程。对光照的采集使用内部的AIN0通道。 2.1硬件方面2.1.1芯片SHT10介绍SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片， 提供全标定的数字输出。它采用专利的CMOSens 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与 14 位的 A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。SHT10 引脚特性如下：1. VDD，GND SHT10 的供电电压为 2.45.5V。传感器上电后，要等待 11ms 以越过“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个 100nF 的电容，用以去耦滤波。2. SCK 用于微处理器与 SHT10 之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小 SCK 频率。3. DATA 三态门用于数据的读取。DATA 在 SCK 时钟下降沿之后改变状态，并仅在 SCK 时钟上升沿有效。数据传输期间，在 SCK 时钟高电平时，DATA 必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动 DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的 I/O 电路中。向 SHT10 发送命令：用一组“ 启动传输”时序，来表示数据传输的初始化。它包括：当 SCK 时钟高电平时DATA 翻转为低电平，紧接着 SCK 变为低电平，随后是在 SCK 时钟高电平时 DATA 翻转为高电平。后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”，和五个命令位。SHT10 会以下述方）式表示已正确地接收到指令：在第 8 个 SCK 时钟的下降沿之后，将 DATA 拉为低电平（ACK位）。在第 9 个 SCK 时钟的下降沿之后，释放 DATA（恢复高电平）。测量时序(RH 和 T)：发布一组测量命令（00000101表示相对湿度 RH，00000011表示温度 T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约 11/55/210ms，分别对应 8/12/14bit 测量。确切的时间随内部晶振速度，最多有15%变化。SHTxx 通过下拉 DATA 至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。控制器在再次触发 SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。接着传输 2 个字节的测量数据和 1 个字节的 CRC 奇偶校验。 需要通过下拉 DATA 为低电平，uC以确认每个字节。所有的数据从 MSB 开始，右值有效（例如：对于 12bit 数据，从第 5 个SCK 时钟起算作 MSB； 而对于 8bit 数据， 首字节则无意义）。用 CRC 数据的确认位，表明通讯结束。如果不使用 CRC-8 校验，控制器可以在测量值 LSB 后，通过保持确认位 ack 高电平， 来中止通讯。在测量和通讯结束后，SHTxx 自动转入休眠模式。 通讯复位时序：如果与 SHTxx 通讯中断，下列信号时序可以复位串口：当 DATA 保持高电平时，触发SCK 时钟 9 次或更多。在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留。2.1.2 CC2530介绍CC2530 是基于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee 和RF4CE 上的一个片上系统解决方案。其特点是以极低的总材料成本建立较为强大的网络节点。CC2530 芯片结合了RF 收发器，增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他模块的强大的功能。如今CC2530 主要有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB 的闪存。其具有多种运行模式，使得它能满足超低功耗系统的要求。同时CC2530运行模式之间的转换时间很短，使其进一步降低能源消耗。 CC2530包括了1个高性能的2.4 GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和1个8051控制器，它具有32/64/128 kB可选择的编程闪存和8 kB的RAM，还包括ADC、定时器、睡眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路和21个可编程I/O引脚，这样很容易实现通信模块的小型化。CC2530是一款功耗相当低的单片机，功耗模式3下电流消耗仅0.2A，在32 k晶体时钟下运行，电流消耗小于1A。CC2530芯片使用直接正交上变频发送数据。基带信号的同相分量和正交分量由DAC转换成模拟信号，经过低通滤波，变频到所设定的信道上。当需要发送数据时，先将要发送的数据写入128B的发送缓存中，包头是通过硬件产生的。最后经过低通滤波器和上变频的混频后，将射频信号被调制到2.4GHz，后经天线发送出去。CC2530有两个端口分别为TX/RX，RF端口不需要外部的收发开关，芯片内部已集成了收发开关。CC2530的存储器ST-M25PE16是4线的SPI通信模式的FLASH，可以整块擦除，最大可以存储2M个字节。工作电压为2.7v到3.6v。CC2530温度传感器模块反向F型天线采用TI公司公布的2.4GHz倒F型天线设计。天线的最大增益为3.3dB，天线面积为25.77.5mm。该天线完全能够满足CC2530工作频段的要求（CC2530工作频段为2.400GHz2.480GHz）。 图1.CC2530芯片引脚CC2530芯片引脚功能AVDD1 28 电源（模拟） 2-V3.6-V 模拟电源连接AVDD2 27 电