溫室环境检测系统的总体设计.doc

温室环境检测系统的总体设计 无线传感器网络通过部署大量廉价的具有无线通信和自组织组网能力的传感器节点，相互协作地进行监测、采集和处理网络覆盖区域内感知对象的信息，并通过无线方式传送信息到监测中心或终端用户。 系统总组成结构如图2.1所示，它有多个传感器节点即温度采集器，这些节点位于被监测的区域中，带有射频收发器，主要完成温度数据的采集。收到请求命令时才传送数据，这是由于工作在侦听模式中，这样可以节能。温度采集器将收集的参数通过无线通信方式传送给接收模块。系统的接收模块主要负责收集和协调各个传感器节点的数据，并将其处理后上传给监控主机，以便温室管理人员随时查看温室的环境参数。 图2.1 系统的总组成结构 2.2.1 传感器节点的设计 传感器节点的结构：温度采集器模块在系统中负责完成两方面的工作：一是接收分析用户的监测指令，并根据指令中的参数要求对环境数据进行检测采集；二是通过无线系统将采集的数据发送到接收模块。一个温度采集器主要有五部分组成，分别为传感器模块、处理器模块、无线收发模块、电源及外围模块、显示模块，结构如图2.2所示。其中传感器模块的作用是数据的采集，处理器模块的作用是对采集到的数据进行处理，接着让无线收发模块进行发送，电源及外围电路模块负责给其他模块供电，显示模块负责显示温度。 图2.2 传感器节点的硬件结构 2.2.2 接收模块的设计 接收模块的结构如图2.3所示，它由无线收发装置、微处理器和监控主机组成。 接收模块的作用是接收传感器节点传递来的数据，调度传感节点的运行，实现采集数据的上传和用户指令。 图2.3 接收模块的硬件结构 其中接收模块的硬件是由一个Xbee-Pro芯片通过USB接口装置与监控主机连接，这一部分我用的是买的硬件。硬件如图2.4所示。 2.4 接收模块的硬件图 3 温室环境检测系统的硬件设计 3.1 温度传感器节点处理器模块设计 处理器单元是采集器网络节点的核心，和其他单元一起完成数据的采集、处理和收发。本文采用单片机AT89S51。 AT89S51的引脚图如图3.1所示，它有40个引脚。它是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案[5]。 图3.1 单片机AT89S51的引脚图 复位电路是电路稳定工作的保证，它完成上电复位。微机电路是时序数字电路，需要稳定的时钟信号，微机电路只有在VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时才开始正常工作。单片机晶振电路如图3.2所示 图3.2 单片机晶振电路 单片机在启动时都必须进行复位动作，使CPU以及各部件处于一定的初始状态，从这个初始状态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。本文采用上电复位：只要在AT89S51的RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可[6]。 单片机AT89S51的最小系统图如图3.3所示： 图3.3 AT89S51的最小系统图 3.2无线通讯模块的设计 ZigBee是一种崭新的，专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的无线网络通信技术，而Xbee是实现ZigBee无线通信的传感器。Xbee无线网络传感器是低功耗器件，在使用时要特别注意供电方式，采用+3.3V供电，如果要与+5V供电的单片机通信时，需采取光隔离器件（就是将+3.3V 与+5V转换），也可采用专用芯片转换。与单片机通信过程中：只需将数据发送到Xbee，Xbee自动将数据发射到接收端，然后接收端Xbee再将数据传到接收端的单片机，单片机再进行数据处理，这样完成了数据传输过程。 3.2.1 XBee Pro的接口应用 图3.4 Xbee-Pro引脚电路图 Xbee引脚电路如图3.4所示，它的引脚分配如表3.1所示。 表3.1 Xbee-Pro引脚分配表 Pin Name Direction Pin Name Direction 1 VCC 电源 11 AD4 模拟输入4或数字输入4 2 DOUT 数据输出 12 CTS 明确对发送流量控制或数字I/O 7 3 DIN 数据输入