基于無線傳感器網絡的智能灌溉系統研究

上位PC機作為控制中心必須具備網絡喚醒、數據處理、路由維護功能。C++Builder、Delphi和微軟的Visual Basic都是可選的快速開發(fā)工具。上層軟件功能由Delphi實現，考慮到點對點通信的可靠性，數據在底層無線傳輸中需要增加必要的協議規(guī)范。設計中對有效數據進行打包，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異步串口來完成的。異步串口采用標準的串口格式，即1個起始位、8個數據位和1個停止位，傳輸速率為1 200 b／s。上位機與模塊間的通信內容有兩類，一類是數據，一類是命令。

6.2.2 數據及命令的區(qū)分

當上位機向模塊傳送信息時，DTR端的功能是指示串口信息的性質。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，DSR端可用來指示串口信息的性質，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”。當模塊串口無數據發(fā)出時，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，此端為邏輯“0”；當模塊不能接收計算機的數據時，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(jié)長度，代表命令的性質。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(zhí)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來發(fā)送相應的信令。當SA68D21DL在進行數據傳送時，不論是上位機傳給模塊，還是模塊傳給上位機的數據，都采用無格式傳送方式。

基于農田實際工程，采用平面路由協議DD(Directed Diffusion)定向擴散路由是一種以數據為中心的信息傳播協議，與已有的路由算法有著截然不同的實現機制，運行DD的傳感器節(jié)點使用基于屬性的命名機制來描述數據，并通過向所有節(jié)點發(fā)送對某個命名數據的INTEREST(任務描述符)來完成數據收集。在傳播INTEREST的過程中，指定范圍內的節(jié)點利用緩存機制動態(tài)維護接收數據的屬性及指向信息源的梯度矢量等信息，同時激活傳感器來采集與該INTEREST相匹配的信息。節(jié)點對采集的信息進行簡單的預處理后，利用本地化規(guī)則和加強算法建立一條到達目的節(jié)點的最佳路徑。

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時操作系統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實時操作系統在內的豐富軟件資源，完整的軟硬件架構只需專注于編寫產品的應用程序。幾行代碼即可實現TCP／IP通信、CAN-BUS現場總線通信、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潔方便。TCP／IP協議分為4層：鏈路層(ARP協議)、網絡層(IP協議、ICMP協議)、傳輸層(TCP協議、UDP協議)、應用層(HTTP協議)。本系統的TCP／IP協議棧選擇UIP1.0。

7 結語

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

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