前言
我国是世界上设施栽培面积最大的国家，而且近几年国产连栋温室每年以新增100～150万公顷的面积快速发展。引导温室用户根据作物的要求进行环境因子的调节以获得作物产量和品质的提高，是温室环境因子调控决策支持系统的主要目标和方向。然而，目前的温室测控系统大多采用有线布网、人工测量，导致现场安装困难，工作效率偏低，测量精度差，这不仅大大增加了电气工程施工费用，也导致施肥等工作困难；此外，系统中的每个监控点没有自组织功能和自愈能力，维护工作量大，也不利于系统升级。因此，为了实现温室农作物的优质、高产和高效，开发和研制一种新型的温室环境测控系统是十分必要的。
无线传感器网络技术是现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科的综合。把无线传感器刚络技术引入到温室大棚生产中来，农业将有可能逐渐地从以人力为中心，依赖于孤立的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式。从而实现温室信息采集自动部署、自组织传输和智能控制、大幅度提高单位面积的劳动生产率和资源产出率、改善温室等设施内工作环境和工作条件、提高工作效率、保障农民身体健康、提高农民生活质量，有助于解决“三农”问题，对实现温室作物生产的可持续发展具有重要意义。
基于无线传感器网络的环境监测系统
1无线传感器系统概述
1.1无线传感器技术
无线传感器网络是由部署在监测区域内部或附近的大量廉价的、具有通信、感测及计算能力的微型传感器节点通过自组织构成的“智能”测控网络。无线传感器网络在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物监测、空间探索等领域有着广阔的应用前景和巨大的应用价值，被认为是未来改变世界的十大技术之一、全球未来四大高技术产业之一。
1.2 研究背景
随着无线技术的快速发展和日趋成熟，无线通信也发展到一定的阶段，其发展的技术越来越成熟，方向也越来越多，越来越重要，大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。
微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展，使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。这样的节点配合各类型的传感器，可组成无线传感器网络（WSN）。无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大、更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一，因此，它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进，需要精心设计的软硬件系统，以使其可靠而耐用。
2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国《今日防务》杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一[2]。低功耗无线传感模块，便是组成无线传感网络的节点。此方面的研究由来已久，是计算机应用的扩展，采用了大规模集成电路和嵌入式技术，使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。
因此，在无线传感技术应用如此广泛的今天，在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。
1.3研究目的
当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段，低功耗就是其发展方向之一，而低功耗与高性能的结合实现还不完全。因此，为了更好的实现无线传感模块的功能，增加模块的可靠性和使用寿命，通过对无线传感节点的硬件功耗的分析，确定无线传感模块各单元的基本功率消耗，并进行相应比较，确定需重点降耗的单元，在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究，通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。并辅助软件开发人员完成各子模块的驱动编写，实现低功耗无线传感模块的整体通信功能。
1.4研究意义
无线传感网络是一种开创了新应用领域的新兴概念和技术。当前，传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。无线传感器网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障。低功耗无线传感模块研究具有极其重要的学习和研究价值，其功能的实现具有极其重要的理论和现实意义。
首先，现有的众多研究中，将性能和低功耗相结合的较少，有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。本文综合了性能和低功耗的共同需求，经过深入的分析和对芯片的数据比较，提出了低功耗无线传感模块的硬件设计思路。
其次，增加无线传感模块的应用。无线传感模块应用已非常广泛，除去组成无线传感网络的应用外，无线传感技术还广泛的应用于环境监测，如车间温湿度、压力等；短距无线通信等。实现了无线传感模块的低功耗，其对电能的需求就会更小，应用的范围将会进一步的扩大。
1.5相关概念界定
①无线传感模块：是指由处理器模块、无线模块、电源模块和传感模块组成的无线通信自治系统，它采用一定的频率和编码方法实现与其它模块的通信，属于无线技术的一种。
②无线传感网络WSN（Wireless Sensor Network）: 是由部署在监测区域内大量的具有信息采集、数据处理和无线通信能力的微小传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息，并发送给观测者[3]。
③PCB:是Printed Circuit Board的缩写，中文意为印刷电路板，是搭配电子零件之前的基板，被誉为“电子系统产品之母”或“3C产业之基石”。
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1.6国内外研究现状和发展趋势
1.6.1国内外研究现状
无线传感模块是新兴的下一代无线传感网络节点，它是组成无线传感网络的基本部分。最早的代表性论述出现在二十世纪九十年代末，题为“传感器走向无线时代”。传感技术的发展经历了一般传感器、智能传感器、无线传感器等几个阶段。一般传感器，是最早产生的传感器，只能实现数据采集；智能传感器则是在一般传感器的基础上将处理计算能力与传感器相结合，使得传感模块不但能够实现数据等信息采集，还能对所采集到的信息进行一定程度的计算和处理；无线传感器则是在智能传感器的基础上再集成无线功能模块，使得传感器不再是单独的感知模块，而是一个能够实现数据采集、处理，信息交换和控制的有机整体。
为了实现随时随地与任何人或任何设备的互联互通，无线通信技术获得了蓬勃发展。在正交频分复用(OFDM)和多入多出(MIMO)等基础技术支持下，多种无线技术如蓝牙、Wi-Fi、WIMAX、超宽带和无线局域网获得了长足发展。作为蓬勃发展的无线技术，近几年正是其大变革时期。随着几种重要基础技术的推广和实际应用，无线通信的速度也将得到大大提高。无线传感模块属于无线技术中较为底层的一个分支，由于越来越多的应用方案开始采用无线节点进行数据采集和通信。综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等的无线传感网络,是当前的热点研究领域。而无线传感网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障，因此无线传感模块的设计，传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。
当前国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。典型的节点包括Mica 系列、Telos 、IRIS 和Imote2 等。各平台的主要区别是采用了不同的处理器和无线通信模块。有些节点具有高性能但功耗较大，如Imote2 节点，不适用于能量受限的应用环境。其他一些节点，如Telos 、Mica 等，由于设计时间较早，其性能已经落后于当今的集成电路工业设计水平[4]。因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大，更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一。IT P（美国再生能源办公室工业技术计划）在2002年发布的报告“21世纪工业无线技术”第一页中引用了总统科技顾问的断言：无线传感器可将能源利用率提高10%，将能源损耗减少25%[5]。后来的研究，如Intel ( r) Mote 的研究项目则注重了三个方面的要求，包括低功耗操作、系统级集成和硬件的重新配置，希望做到平衡功耗与性能的矛盾，但目标的实现还需要一定的努力。M IT 发展的模块化平台对于具体的传感器有不同的硬件设计，他们的传感器的主要功能是数据收集，采用垂直连接器来使不同的处理层整合到一起，其目的是为了设计一个通用的系统来取代单一的硬件系统[7]。随着电子技术、计算机技术以及集成技术的不断发展，传感技术也会得到不断的发展和完善。并且会有更多的结构新、功能强、耗能低的传感器用运于各种实际的无线网络当中，以高的精确度和良好的稳定性服务于更加广泛的领域。
1.6.2发展趋势
正是由于低功耗无线传感节点在如此广范围内的应用，使得它受到了来自军事、工业和商业以及学术专家的极大关注。其发展方向必然是无线通信的网络化，即通过自组网的方式形成动态、自适应的无线传感网络。而无线传感网络( WSN) 是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等。我国迫切需要提升对此的认识程度，并尽快推动其发展。因此，以无线传感模块为基础，实现传感网络的无线互联将是一个必然的趋势。
另外由于无线传感器网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障。在不同的应用中，传感器网络节点的组成不尽相同。已有的节点，有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。因此，无线传感模块的发展必然是趋向与低功耗的。即在保证所需要实现功能的基础上，尽量的实现整个模块的低功耗，甚至在不影响整体性能的情况下适当减少部分功能来实现降低功耗的目的。
除开以上所讲两种发展趋势之外，无线传感模块的应用和发展还具有极大的发展空间和良好的发展方向。当前对无线传感模块的应用都是静止性的，就目前存在的无线传感网络（WSN），构成网络的各个节点都是被固定的安放在一个地方，要实现对整个环境的检测，就需要向环境中投放大量的无线传感节点。这样一来成本就会非常的高。若实现无线传感模块对信息的移动式采集，则在同一个环境内投放更少的节点，就能实现对环境的全面检测。
正是由于当前能耗对无线传感模块的影响，低功耗研究才上升为一个热点领域，不论是使用电源或者电池供电，在实现低功耗后，无线传感模块的发展趋势必然是自生能源式的。利用太阳能、振动能量、地热、风能等实现无线传感模块的电能供应对于全面提高无线传感模块的能力将会起到巨大的作用。
最后，基于能力存储技术的发展，电池的容量越来越大，再加上低功耗的实现，无线传感模块的适用寿命不断增加将会成为一个绝对趋势。未来的无线传感模块必将是集稳定性与安全性、扩展性与灵活性、微型化与低成本等特点为一体的[8]。
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2 系统分析和总体设计
2.1 对无线传感器系统的要求
系统由温湿度传感器SHT11、光照传感器TSL2561，AT89S52单片机，无线数据传输模块PTR2000，PC和电源模块组成。传感器节点通过自组织方式构成网络，将采集到的数据沿着其他节点逐跳进行传输，传输到显示模块进行数据显示。
主要技术指标
（1）通信与组网：负责监测环境信息的传感器节点自组织搭建无线网络，并向管理和基础服务层提供服务支持；
（2）通信频段：2.4-2.4835Hz；
（3）采用通信协议标准：ZigBee协议标准；
（4）借点可靠通信范围：200m；
（5）传感器精度：温度0.3℃（25℃时），湿度：2.0%RH（20—80%RH），光照强度：1lx。
2.2 系统组成及工作原理
2.2.1系统组成
系统由电源，上位机系统和下位机系统组成。电源包括LM7805，四节5号AA电池和一个10K电阻。上位机包括无线收发模块PTR2000，MAX232，PC。下位机包括无线收发芯片PTR2000，AT89S52单片机，温湿度传感器SHT11，光照强度传感器TSL2561。
图2.1 传感器节点系统框图
2.2.2工作原理
多个无线传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络，其中的节点将采集到的数据依照最近路线逐个传递到离监测中心最近的传感器节点，再从节点发送到监测中心。由检测中心的PC中Labview8.6软件开发出的监测界面显示数据曲线图。
监测软件界面图
系统硬件结构框图
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3 系统硬件设计
3.1上位机系统
图3.1 上位机系统框图
Fig.3.1 Block diagram of the host system
上位机采用PTR2000，
PTR2000主要有以下几个特点[3]:
该器件将接收和发射合接为一体；
工作频率为国际通用的数传频段433MHZ；
采用FSK调制/解调，可直接进入数据输入/输出，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；
采用DDS（直接数据合成）+PLL频率合成技术，因而频率稳定性极好；
灵敏度高达—105bBm;
工作电压低（2.7V），功耗小，接收待机状态电流仅为8μA；
具有两个频道，可满足需要多信道工作的场合；
工作速率最高达20kbit/s(也可在较抵速率下工作，如9600bps);
超小体积，约40×27×5mm;
可直接与MCU的串口进行连接（如8031），也可以通过MAX232与计算机接口，软件编程非常方便；
标准的DIR引脚间距更适合于趼、嵌入式设备；
由于采用了低发射功率、高接收灵敏的设计，因此使用时无需申请许可证，开阔地时的使用距离最远可达1000米。
引脚排列及功能
PTR2000模板的引脚排列如图1所示。各引脚的功能说明如下；
VCC（1脚）；下输入端，电压范围为2.7~5.25V；
CS（2脚）：频道选择端。CS=0时，选择工作频道1，即433.92MHz；CS=1时选择工作频道2，即434.33 MHz
DI（3脚）：数据输入端
DO（4脚）：数据输出端；
PWR（5脚）：节能控制端。当PWR=1时，模块处于正常工作状态，PWR=0时，模块处于待机微功耗状态；
TXEN6脚）：发射/接收控制端。当TXEN=1时，模块为发射状态；当TXEN=0时，模块被设置为接收状态。
GND（7脚）：电源地
PTR2000可与所有单片机（如80C31、2051、68HC08、PIC、Z8等）配合使用，可直接接单片机的串口或I/O口，也可与计算机串口进行通讯，此时需要在中间简单地接在一个RS232电平转换芯片，如MAX232等。
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3.2下位机系统
下位机电路图
3.2.1微处理器模块
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存
储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash ，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 主要性能：
1、与MCS-51
2、8K 字节在系统可编程
3、1000次擦写周期；
4、全静态操作：0Hz-33MHz ；
5、三级加密程序存储器；
6、32个可编程I/O 口线；
7、三个16
8
9、全双工
10、低功耗空闲和掉电模式；
11、掉电后中断可唤醒；
12、看门狗定时器；
13、双数据指针；
14。
引脚说明
AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存
储器。使用Atmel 公司高密度非80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定
时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，另外，
AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
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P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0不具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。
P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能：
P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5 MOSI（在系统编程用）
P1.6 MISO（在系统编程用）
P1.7 SCK（在系统编程用）
P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个
TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash 编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
端口引脚第二功能：
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 INTO(外中断0)
P3.3 INT1(外中断1)
P3.4 TO(定时/计数器0)
P3.5 T1(定时/计数器1)
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 RD(外部数据存储器读选通)
此外，P3口还接收一些用于
RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH
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存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。
XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。
3.2.2温湿度传感器SHT11
SHT11是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。该芯片广泛应用于暖通空调、汽车、消费电子、自动控制等领域。共主要特点如下：
◆高度集成，将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上；
◆提供二线数字串行接口SCK和DATA，接口简单，支持CRC传输校验，传输可靠性高；
◆测量精度可编程调节，内置A／D转换器(分辨率为8～12位，可以通过对芯片内部寄存器编程米选择)；
◆测量精确度高，由于同时集成温湿度传感器，可以提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能；
◆封装尺寸超小(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，测量和通信结束后，自动转入低功耗模式；
◆高可靠性，采用CMOSens工艺，测量时可将感测头完全浸于水中。
2 SHT11的引脚功能
SHT11温湿度传感器采用SMD(LCC)表面贴片封装形式，接口非常简单，引脚名称及排列顺序如图1所示。
各引脚的功能如下：
◇脚1和4--信号地和电源，其工作电压范围是2.4～5.5 V；
◇脚2和脚3--二线串行数字接口，其中DA-TA为数据线，SCK为时钟线；
◇脚5～8--未连接。
3 SHT11的内部结构和工作原理
温湿度传感器SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上，其内部结构如图2所示。该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该电信号首先进入微弱信号放大器进行放大；然后进入一个14位的A／D转换器；最后经过二线串行数字接口输出数字信号。SHT11在出厂前，都会在恒湿或恒温环境巾进行校准，校准系数存储在校准寄存器中；在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号。此外，SHT11内部还集成了一个加热元件，加热元件接通后可以将SHT11的温度升高5℃左右，同时功耗也会有所增加。此功能主要为了比较加热前后的温度和湿度值，可以综合验证两个传感器元件的性能。在高湿(>95％RH)环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时缩短响应时间，提高精度。加热后SHT11温度升高、相对湿度降低，较加热前，测量值会略有差异。
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微处理器是通过二线串行数字接口与SHT11进行通信的。通信协议与通用的I2C总线协议是不兼容的，因此需要用通用微处理器I／O口模拟该通信时序。微处理器对SHT11的控制是通过5个5位命令代码来实现的，命令代码的含义如表1所列。
4 SHT11应用设计
微处理器采用二线串行数字接口和温湿度传感器芯片SHT11进行通信，所以硬件接门设计非常简单；然而，通信协议是芯片厂家自己定义的，所以在软件设计中，需要用微处理器通用I／O口模拟通信协议。
4.1 硬件设计
SHT11通过二线数字串行接口来访问，所以硬件接口电路非常简单。需要注意的地方是：DATA数据线需要外接上拉电阻，时钟线SCK用于微处理器和SHT11之间通信同步，由于接口包含了完全静态逻辑，所以对SCK最低频率没有要求；当工作电压高于4.5V时，SCK频率最高为10 MHz，而当工作电压低于4.5 V时，SCK最高频率则为1 MHz。硬件连接如图3所示。
4.2 软件设计
图5SHT11湿度测试时序图
SHT11湿度测试时序如图5所示。其中，阴影部分为SHT11控制总线。主机发出启动命令，随后发出一个后续8位命令码，该命令码包含3个地址位(芯片设定地址为000)和5个命令位；发送完该命令码，将DATA总线设为输入状态等待SHT11的响应；SHT11接收到上述地址和命令码后，在第8个时钟下降沿，将DATA下拉为低电平作为从机的ACK；在第9个时钟下降沿之后，从机释放DATA(恢复高电平)总线；释放总线后，从机开始测量当前湿度，测量结束后，再次将DATA总线拉为低电平；主机检测到DATA总线被拉低后，得知湿度测量已经结束，给出SCK时钟信号；从机在第8个时钟下降沿，先输出高字节数据；在第9个时钟下降沿，主机将DATA总线拉低作为ACK信号。然后释放总线DATA；在随后8个SCK周期下降沿，从机发出低字节数据；接下来的SCK下降沿，主机再次将DATA总线拉低作为接收数据的ACK信号；最后8个SCK下降沿从机发出CRC校验数据，主机不予应答(NACK)则表示测量结束。
由于微处理器通过二线串行数字接口访问湿度传感器SHT11，而访问协议是芯片生产商白定义的，所以需要用通用I／O口模拟该通信协议。我们选用Atmel公司的微处理器ATmega128。通过对I／O口寄存器的编程，该处理器的I／O口可以根据需要设置成输入、输出、高阻等状态。这为模拟该通信协议提供了条件。在软件实现过程巾，通过宏定义来实现I／O口状态的改变。
3.2.3 光照传感器TSL2561
1 TSL2561简介
TSL2561是TAOS公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置的光强度数字转换芯片。该芯片可广泛应用于各类显示屏的监控，目的是在多变的光照条件下，使得显示屏提供最好的显示亮度并尽可能降低电源功耗；还能够用于街道光照控制、安全照明等众多场合。该芯片的主要特点如下：
◇可编程配置许可的光强度上下阈值，当实际光照度超过该阈值时给出中断信号；
◇数字输出符合标准的SMBus(TSL2560)和I2C(TSL2561)总线协议；
◇模拟增益和数字输出时间可编程控制；
◇1.25 mm×1.75 mm超小封装，在低功耗模式下，功耗仅为0.75 mW；
◇自动抑制50 Hz/60 Hz的光照波动。
2TSL256x的引脚功能
TSL256x有2种封装形式： 6LEAD CHIPSCALE和6LEAD TMB。封装形式不同，相应的光照度计算公式也不同。图1为这两种封装形式的引脚分布图。
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图1TSL256x封装
各引脚的功能如下：
脚1和脚3：分别是电源引脚和信号地。其工作电压范围是2.7～3.5V。脚2：器件访问地址选择引脚。由于该引脚电平不同，该器件有3个不同的访问地址。访问地址和电平的对应关系如表1所列。
表1器件访问地址和引脚2电平的对应关系
脚4和脚6： I2C或SMBus总线的时钟信号线和数据线。
脚5：中断信号输出引脚。当光强度超过用户编程配置的上或下阈值时，器件会输出一个中断信号。
3TSL256x的内部结构和工作原理
TSL256x是第二代周围环境光强度传感器，其内部结构如图２所示。通道0和通道1是两个光敏二极管，其中通道0对可见光和红外线都敏感，而通道1仅对红外线敏感。积分式A/D转换器对流过光敏二极管的电流进行积分，并转换为数字量，在转换结束后将转换结果存入芯片内部通道0和通道1各自的寄存器中。当一个积分周期完成之后，积分式A/D转换器将自动开始下一个积分转换过程。微控制器和TSL2560可通过标准的SMBus( System Management Bus) V1.1或V2.0实现，TSL2561则可通过I2C 总线协议访问。对TSL256x的控制是通过对其内部的16个寄存器的读写来实现的，其地址如表2所列。
图2TSL256x内部结构图
表2TSL256x内部寄存器地址及作用
4TSL256x应用设计
TSL256x的访问遵循标准的SMBus和I2C协议，这使得该芯片软件和硬件设计变得很简单。这两种协议的读写时序虽然很类似，但仍存在不同之处。下面仅以TSL2561芯片为例，说明TSL256x光强传感器的实际应用。
4.1硬件设计
TSL2561能够通过I2C总线访问，所以硬件接口电路很简单。假如所选用的微控制器带有I2C总线控制器，则将该总线的时钟线和数据线直接和TSL2561的I2C总线的SCL和SDA分别相连；假如微控制器内部没有上拉电阻，则还需要再用2个上拉电阻接到总线上。假如微控制器不带I2C总线控制器，则将TSL2561的I2C总线的SCL和SDA和普通I/O口连接即可；
基于无线传感器网络的环境监测系统
但编程时需要模拟I2C总线的时序来访问TSL2561，INT引脚接微控制器的外部中断。硬件连接如图3所示。
图3微控制器和TSL2561的硬件连接图
4.2软件设计
微控制器能够通过I2C总线协议对TSL2561进行读写。写数据时，先发送器件地址，然后发送要写的数据。TSL2561的写操作过程如下：先发送一组器件地址；然后写命令码，命令码是指定接下来写寄存器的地址00h～0fh和写寄存器的方式，是以字节、字或块（几个字）为单位进行写操作的；最后发送要写的数据，根据前面命令码规定写寄存器的方式，能够连续发送要写的数据，内部写寄存器会自动加1。对于I2C协议具体的读写时序，能够参考相关资料，在此不再赘述。TSL2561的软件设计流程如图4所示。
图4 软件设计流程
电源
用LM7805一块，10K电阻一个，5号AA电池4节构成+5V稳压电源。
方案需求 现代农业的生产、经营、管理到服务的各个环节都迫切呼唤信息技术的支撑。加之物联网技术的日渐成熟，物联网在传统农业领域的应用越来越广泛。农业是物联网技术的重点应用领域之一，也是物联网技术应用需求最迫切、难度最大、集成性特征最明显的领域。 技术部署 欣仰邦智慧农业是基于LoRa技术，在温室大棚内部署各类LoRa节点模块与前端传感设备组成的无线传感终端，实时监测棚内空气温湿度、土壤温度、土壤水分、光照度、CO2浓度等环境参数，并通过LoRa网络上传到云平台进行分析，一旦环境偏离植物生长的最适状态，可远程控制加热器、制冷通风、加湿器、除湿器、卷帘机等对环境进行调节，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。
方案优点 ●空气温湿度监测功能：系统可根据配置的温湿度无线传感器，实时监测大棚内部空气 的温度和湿度。 ●土壤湿度监测功能：配有土壤湿度无线传感器，实时监测温室内部土壤的湿度。 ●光照度监测功能：采用光敏无线传感器来实现对温室内部光照情况的检测，实时性 强。 ●促进植物光合作用功能：植物光合作用需要光照和二氧化碳。当光照度达到系统设定 值时，系统会自动开启风扇加强通风，为植物提供充足的二氧化碳。 ●空气加湿功能：如果温室内空气湿度小于设定值，系统会启动加湿器，达到设定值后 便停止加湿。 ●土壤加湿功能：当土壤湿度低于设定值时，系统便启动喷淋装置来喷水，直到湿度达 到设定值为止。 ●环境升温功能：当温室内温度低于设定值时，系统便启动加热器来升温，直到温度达 到设定值为止。 ●GPRS/3G/4G网络访问功能：物联网通过无线网关接入GPRS或者3G/4G网络。用户便 可以手机来访问物联网数据，了解大棚内部环境的各项数据指标（温度、湿度、光照 度和安防信息）。
温室大棚环境监测系统在温室大棚的作用对于植物生长来说，农业气象环境非常重要，虽然现在随着温室大棚的推广，植物的生长不再受太多自然环境的影响，但是由于温室大棚是一个封闭的环境，因此在这个环境中，利用温室大棚环境监测系统创造适合植物生长的条件，是现代农业温室生产的重要内容。 温室大棚环境监测系统集传感器、自动化控制、通讯、计算等技术于一体，通过用户自定仪作物生长所需的适宜环境参数，搭建温室智能化软硬件平台，实现对温室中温度、湿度、光照、二氧化碳等因子的自动监测和控制。温室大棚环境监测系统可以为植物提供一个理想的生长环境，并能起到减轻人的劳动强度、提高设备利用率、改善温室气候、减少病虫害、增加作物产量等作用。 在现代智能温室大棚中，温室环境监测是其中一项重要的功能，智能温室大棚内湿度、温度、光照强弱及土壤的温度和含水量等因素，对大棚内的农作物生长起着关键性作用。而通过温室环境监测，可以帮助种植户通过计算机监测整个大棚内农作物生长情况，从而更便于记录农作物生长各种数据，也有利于新品种的实验。同时，温室环境监测的另外一个重要意义在于，通过环境的监测，可以获知温室中环境的变化，从而方便种植户采取措施进行调控，保证植物所处的环境始终是合适的，这样更加便于育苗工作的开展，育苗也更成功，需要的工作人员也少了很多。 温室大棚环境监测系统可以模拟基本的生态环境因子，如温度、湿度、光照、CO2浓度等，以适应不同生物生长繁育的需要，它由智能监控单元组成，按照预设参数，精确的测量温室的气候、土壤参数等，并利用手动、自动两种方式启动或关闭不同的执行结构（遮阳幕、湿帘水泵及风机、通风系统等），程序所需的数据都是通过各类传感器实时采集的。
一、概述 环保在线监测是环保监测与环境预警的信息平台。环保在线监测采用先进的无线网络，涵盖水质监测、烟气自动监测（CEMS）、空气质量监测等多种环境在线监测应用；系统以污染源在线监测为基础，充分贯彻总量管理、总量控制的原则。 二、系统组成： 系统主要包括：监控中心服务器、污染源在线监测系统软件、通信网络、监测点监测终端设备、各种监测仪器（水质监测仪器、烟气监测仪器、空气质量监测仪器等）。 三、组网通信方式： 监测点与监控中心之间采用GPRS通信方式。 四、系统功能： ◆实现污染源在线监测：以图标、表格、图形等丰富多样的形式实时展现各排污口 设备的运行状况、污染物排放浓度、流量、排放量等信息，以及污染物排放的发展趋势与动态。 ◆报警与预警：以声音、图标颜色变化、表格中数值的颜色等形式提供多样化的报 警功能。精确地描述超标数值，超标时间，超标排放量、超标排放介质量，为强化环境监理工作提供了详实可靠的依据。 ◆故障报警：当在线监测仪表发生故障时，系统自动发出故障报警信号。 ◆统计与分析：将污染源在线监测数据和报警信息进行全方位多角度的分类汇总与 统计分析，充分满足各种统计要求。 ◆强化企业排放口的管理，以多种方式对污染物排放量、超标排放量、超标排放介 质量、监控设备停运时间等重要指标进行统计，满足管理工作的需求。
◆实现对受控企业污染物排放总量的管理，及时掌握企业污染物排放总量的发展趋势，为总量管理、总量控制提供基础依据。 五、系统特点： ◆采用GPRS无线数据传输方式，彻底摆脱“有线”的束缚，适用范围广，运行成本低。 ◆利用GPRS无线网络实时在线的特点，建立污染源在线监测系统的无线网络，及时准确地掌握各个企业污染物排放口的实际运行情况和污染物排放的发展趋势与动态。 ◆支持任何类型、任何厂家的监测仪表，只要在系统中进行相应的设置即可对任意仪表类型自动进行识别，从而扩大了系统的监测种类和应用范围。 ◆涵盖在线监测的多种应用，包括水质在线监测、烟尘在线监测。 六、监测点设备及连接示意图：
绪论
·环境的定义：环境是一个十分广泛的概念，它相对于“中心”或“主体”而言，一般可以理解为“中心” 或“主体”周围的地方、条件或事物；自然环境是相对于社会环境而言的，既包括未受或很少受到人类影 响的“原始状态” ，也包括人类在改造自然环境过程中创造的一些人工条件。 ·环境的理解：1.主体：人类 2.天然的和经过人工改造的 3.自然因素的总和（不包含社会因素） ·环境要素的定义：人们将构成人类环境整体的各个独立、性质不同而又服从整体演化规律的基本物质组 分叫做环境要素。 ·农业环境定义： 狭义：指以农业生物（农作物、畜禽和水生生物等）为中心的周围事物的总和。 广义：构成整个环境因素中的与农业相关的部分环境。 ·环境科学定义：是以“人类与环境”这对矛盾为对象，研究其对立统一关系的发生和发展、调节和控制 的科学。
生态学基础
·生态学定义：是研究生物及其周围环境包括非生物环境和生物环境相互关系的科学。 ·能量流动： 1.食物链和食物网：食物网越复杂，生态系统越稳定 2.营养剂与生态金字塔：利用率仅 10%（生态金字塔/数量生态金字塔/生物量生态金字塔） 3.意义： 1）保持生态结构稳定性 2）能量流动的方向 3）揭示环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律 ·生态系统的演替：指随着时间的推移，一种生态系统类型被另一种生态系统类型替代的过程。 （自然因素 和人为因素） 1.正向演替：食物网越复杂 2.逆向演替：食物网相对简单 ·生态系统的调节能力：反馈机制、抵抗力、恢复力 ·生态学的基本规律：物物相关、相生相克、互利共生、能流物复、协调稳定、负载定额、限制因子、时 空有宜
大气污染及其防治
· 大气的定义： 大气是指被地球引力所吸引、 覆盖与地球表面并随地球旋转的空气层， 厚度约 1000~1400km。 ·大气污染的定义：是指某些有害物质排放到大气中，其数量、浓度和存留时间都超过了环境所能允许的 极限，即超过了空气的稀释、扩散和净化能力，使大气质量恶化，给该地区的生物以及其他物品带来直接 或间接的不良影响。 ·分类： 1.颗粒状物质：又可分为固体颗粒和液体颗粒，其中有的可以以胶粒状态悬浮于空气中，被称为气溶胶（硫 酸雾、硝酸雾、光化学烟雾、含重金属氧化物的烟尘、粉尘） 2.气体污染物：SO2 O3 H2S Cl2 等 名称 降尘 TSP（总悬浮微粒） PM2.5~10 PM2.5 烟 粒径大小 ＞100μ m ＜100μ m 2.5μ m≤x＜10μ m ＜2.5μ m 0.01~1μ m
物联网智慧农业实验室建设方案 一、物联网智慧农业实验室主要用途 物联网智慧农业实验室能够满足高校农林专业对物联网技术的应用，以及专业开设的物联网导论、传感器原理及应用、无线单片机原理及应用、无线传感器网络及应用、RFID技术及应用、物联网工程及应用、物联网标准与中间件技术、无线单片机应用课程设计、智慧农业应用系统设计等课程的实践实训教学需要，并为学生或教师的物联网创新应用项目开发提供平台。 使学生通过该实验室的平台，能掌握物联网技术基础理论、物理信息系统标识与感知、计算机网络理论与技术和数据分析与信息处理技术等知识，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广专业知识，具备一定的物联网农业应用系统的开发、实践能力和科学研究能力。从而为地方经济建设提供物联网行业的人才供给实践、实训的平台。 二、物联网智慧农业实验室设计方案 物联网智慧农业实验室是以光载无线交换机为核心的物联网信息平台构建WiFi无线局域网，覆盖实验室及其周边区域；加上实验室的有线网络交换机、网络路由器，从而建立融合有线网络、无线局域网的物联网关键部分—网络层，农业大棚及各种传感器、嵌入式设备通过WiFi-ZigBee网关、WiFi设备服务器（串口通信RS232或RS485转WiFi无线网络）无线接入物联网工程信息平台，构成全面涵盖物联网三个层次（应用层、网络层、感知层）的一个统一的物联网智慧农业实验平台。同时，其它内置WiFi模块的各种手持设备（笔记本电脑、手机等）也能无线接入该实验平台，成为物联网实验设备的一部分；师生教学、科研实践开发的其它感知模块，通过与标准的WiFi设备服务器连接，也能轻易接入该实验平台，完成测试、验证。 本实验室专门为农林专业高校设计，可以实现物联网智慧农业实验室内模拟的农业大棚内的农业生产环境数据采集、环境控制、人员物资管理、视频监控等功能，以及对农业大棚的远程控制。同时，我们提供该实验室系统的设计原理图，开放足够多的端口和丰富、完善的接口数据以及二次开发包，为教师、学生提供一个开放的平台去学习和研究。 2.1 物联网智慧农业实验室拓扑图： 如图1 物联网智慧农业实验室以光载无线交换机及其配套设备远端射频单元通过单模光纤链路分布无线信号；结合农业大棚及大棚内多种传感器、控制设备PLC、Wifi-ZigBee 网关、WiFi设备服务器、实验平台服务器及系统软件，精准控制农作物的生长过程；并使
唐山师范学院本科毕业论文 题目无线环境监测系统的设计 学生 22222 指导教师姜丽飞讲师 年级 2008级 专业电子信息科学与技术 系别物理系 唐山师范学院物理系 2012年5月
郑重声明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师姜丽飞的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。 毕业论文（设计）作者（签名）： 年月日
目录 标题 (1) 中文摘要 (1) 1 引言 (1) 2 系统硬件设计 (1) 2.1 设计目标 (1) 2.2 方案选择 (1) 2.3 系统结构 (2) 2.4 电路设计 (3) 3 系统软件设计 (6) 3.1 通信协议 (6) 3.2 系统软件 (7) 4 系统性能测试方法及测试结果 (7) 4.1 温度测量 (7) 4.2 光照测试...................................... (7) 4.3 主机与各从机通信距离及响应时间测试 (8) 5 结束语........................................... . (8) 参考文献................................. . (9) 致谢....................................... ...... .. (10) 附录.................................................................................................... (11) 外文页........................................... .. (12)
农业大棚环境监控系统方案 一简介 (2) 二农业大棚环境监控概述 (2) 三背景与需求 (2) 四系统的组成 (3) 1）总体架构 (3) （2）系统有两种典型配置结构 (3) （3）传感信息采集 (4) 五大棚监测点现场分布 (4) 六系统的软件 (5) 七常用的传感器 (5) 1、空气温湿度传感器 (5) 2、土壤温度传感器 (6) 3、土壤水分传感器 (6) 4、CO2含量传感器 (6) 5、NH3含量传感器 (7) 6、光照度传感器 (7) 2014.9
一简介 近年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速 浓度等环境因子对作物的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、光照度、CO 2 的生产有很大的影响。传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，目前国内可以实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。 针对目前大棚发展的趋势，提出了一种大棚智能监控系统的设计。根据大棚智能监控的特殊性，需要传输大棚现场参数给管理者，并把管理者的命令下发到现场执行设备，同时又要使上级部门可随时通过互连网或者手机信息了解区域大棚的实时状况。基于GPRS的智能大棚监控系统使这些成为可能。 二农业大棚环境监控概述 农业温室大棚监控系统通过实时采集农业大棚内空气温度、湿度、光照、土壤温度、土壤水分等环境参数，根据农作物生长需要进行实时智能决策，并自动开启或者关闭指定的环境调节设备。通过该系统的部署实施，可以为农业生态信息自动监测、对设施进行自动控制和智能化管理提供科学依据和有效手段。 开拓者kitozer系列的农业温室大棚监控及智能控制解决方案是通过可在大棚内灵活部署的各类无线传感器和网络传输设备，对农作物温室内的温度，湿度、光照、土壤温度、土壤含水量、CO2浓度等与农作物生长密切相关环境参数进行实时采集，在数据服务器上对实时监测数据进行存储和智能分析与决策，并自动开启或者关闭指定设备（如远程控制浇灌、开关卷帘等）。 三背景与需求 在每个智能农业大棚内部署无线空气温湿度传感器、无线土壤温度传感器、无线土壤含水量传感器、无线光照度传感器、无线CO2传感器等，分别用来监测大棚内空气温湿度、土壤温度、土壤水分、光照度、CO2浓度等环境参数。为了方便部署和调整位置，所有传感器均应采用电池供电、无线数据传输。大棚内仅
环境监测在线监测技术研究 周卫强 摘要：本文主要讲述了现在环境监测在线检测技术研究，主要有大气和水方面的环境监测技术。 关键词：在线监测；环境监测 1引言 在线检测是环境监测未来的发展方向。 在线监测保持传统理化监测快速精确的特点的同时,自动在线无量程不分档任意测量,解决了一般理化仪器对未知污染物样品或污染物浓度变化很大的排污水体或气体难以直接测定的局限。对污染源进行实时在线监测,环保部门对废水、废气治污设施运行在线监控,真实有效地“录像”每个瞬间排污单位的排污情况,即连续监测系统。它为环境监理执法所必须的监督,即监测数据为环境监理提供最有力的依据。 2正文 2.1 pH值在线检测及控制系统 2.1.2 工作原理 系统核心部件是pH值信号采集装置和信号处理控制装置。系统根据pH检测传感器检测到的pH值信号，将输出检测信号至中央处理单元，中央处理单元经信号处理单元和运算单元后，实现仪表显示实际pH值，并与设定的pH值进行比较，输出控制信号，控制执行机构，自动向槽中加减中和液，并采用循环泵对槽内液体迅速循环，确保其均匀性，使织物达到所设定的pH值。 2.1.3 关键技术及创新点 (1)、pH值在线检测传感器的研究和选用； (2)、对pH值算法的分析和研究； (3)、对pH值检测信号处理技术的研究； (4)、温度对pH值影响需进行温度补偿技术处理； (5)、对自动化控制仪表的开发： (6)、仪表采用单片机智能化设计，具有自动稳零、数字显示、超限报警、变送输出、电流调节输出或时间比例输出、RS485通讯等功能系统测量精确、稳定、
运行可靠； (7)、对检测和执行机构的研究和开发；【1】 2.2 PTR-MS在线监测大气挥发性有机物 2.2.1 PTR-MS在线监测的基本原理【2】 利用质谱对VOCs进行测量前必须把VOCs分子离子化PTR-MS采用的是软电离技术即利用母体离子与VOCs反应把VOCs分子转换成离子H3O+利用的母体离子是H3O+离子之所以用H2O是因为一方面H2O的质子亲合势为7.22eV 而大多数VOCs的质子亲合势在7~9eV之间因此H3O+分子可以和大多数的VOCs 除了CH4和C2H4等少数有机物分子发生质子转移反应另一方面空气中主要成分N2和O2等的质子亲合势都小于H2O的质子亲合势因此它们不会与H3O+发生质子转移反应所以在测量空气中的痕量VOCs时,H3O是最合适的母体离子.【3】 2.3不依赖空气动力装置(AIP)排出气体中CＯ2浓度在线检测 摘要根据闭式循环柴油机不依赖空气动力装置(cCDAIP)排出气体中C02浓度在线检测的实际需求，结合ccDAIP排出气体测试的具体每件，研究了co：浓度在线检测装置的系统构成特点，计算确定了气水分离器等重要部件的结构参数，设计了c02浓度在线检测流程，在国内首次研制出AIP排出气体成份在线检测装置。经CCDAIP排出气体吸收试验，表明CO。在线检测装置设计合理，测量精度等性能指标满足工程要求，解决了AIP排出气体CO。浓度在线检测技术关键。 【4】 2.4 基于UV 法水质COD在线检测 作为综合评价水体污染程度的重要指标之一，化学需氧量（COD）在线检测仪具有很大应用价值及市场前景。从目前来看，国内外市场上所使用的COD 检测仪种类繁多，检测原理也不尽相同。但综合来看，采用物理法即基于UV 法水质COD 检测技术已成为该领域的发展趋势。尽管国外产品的技术成熟，但其成本较高，不利于我国大范围的推广使用。因而研发一种检测技术先进，成本较低，适用性强的水质COD 在线检测仪已成为我国科研工作者工作的重点。【5】2.5 基于红外光谱和GPRS的大气有害气体监测系统的研究 GPRS 无线网络技术和气体浓度红外检测技术的运用基于红外检测技术、GPRS 无线网络和ARM 技术，构建有害气体监控系统的方案。通过对测试原理和方法的充分论证之后，设计了气体浓度测试的红外传感器；开发了以32 位处理器S3C44B0 为核心，包括A/D 转换模块、LED/LCD 液晶显示模块、GPRS 模块以及键盘模块在内的ARM 中央硬件处理平台；完成了各电路模块印刷电路板的制作和分步调试；在ARM 集成开发环境ADS1.2 下完成了系统的启动代码和应用程序的编写，和上位机监控软件的编写；并结合硬件电路完成了整个系统的调试；最后在实验室完成了测试系统的标定实验。本系统的优点在于利用了
农业物联网环境监测智能气象站系统方案 现代农业智能化包含了育种育苗、植物栽种管理、土壤及环境管理、农业科技设施等多个方面实施程序化和计算机软件的参与。农业的高科技电子智能控制设备，在我国农业战线基本是一个空白。而国外的产品价格极为昂贵，且并非安全适用。利用高科技技术，促进农业产量提高、品质提升、成本下降都有积极意义。 智能农业气象站为九纯健科技面向农业领域推出的一款低成本、高性能远程环境采集监控系统。该系统由国内领先品牌九纯健系列传感器、九纯健数据采集器、九纯健智能控制器系统、九纯健短信报警系统、九纯健农业综合监控管理软件平台集成。 九纯健智能气象站系统组成部件介绍 九纯健智能气象站由气象传感器、气象数据记录仪、电源系统、野外防护箱和不锈钢支架等部分构成。风速、风向、雨量、蒸发量、空气温度、空气湿度、太阳辐射等传感器为气象专用传感器，传感器的性能直接决定智能气象站的整体运行的稳定性，所以选择具有高精度高可靠性的气象传感器至关重要；九纯健气象数据记录仪具有气象数据采集、气象数据定时存储、参数设定、友好的软件人机界面和标准通讯传输功能。 九纯健智能气象站系统数据联网功能概述 九纯健智能气象站专业用于采集空气中温度、湿度、风向、风速、日照强度、太阳辐射、降雨量、大气压力等气象参数。实现对林业、农业、园林等综合生态信息自动监控、对环境监控实行自动化控制和智能化管理。 系统网络连接传输方式介绍：提供了有线传输和无限传输两种方式进行传输数据！ 有线传输方式： 将智能气象站上所采集到的数据通过标准的RS232/RS422/RS485/USB通讯接口与监测中心（总控室）上位机有线连接（线缆采用通讯专用线缆），最长有效通讯距离可长达1200米！也可以通过网络接口实现局域网多站点监测； 无线传输方式： zigbee无线传输方式：九纯健智能气象站结合新兴的zigbee无线通讯技术来实现数据无线传输，zigbee无线传输是短距离、低速率、低功耗、响应快、容量大、低成本的双向无线通讯技术，他可以将成百上千的微笑传感器之间相互协调通讯，他们以“接力”方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器上，所以具有极高的通信效率，数据最终传输到上位机或其它无线技术如WiMax等收集。适用于学校农场林园等比较开阔的场合，通讯距离一般介于在10M-200M之间，无任何通讯费用！ 射频无线传输方式：采用全球免执照频段无线射频进行数据传输，通讯距离一般在
物联网在智慧农业中的应用 在传统农业中，灌溉、施肥、喷药，农民全凭经验和感觉。而如今，在智慧农业中，农作物浇水、施肥、打药时间，农作物的空气温度、空气湿度、酸碱度、光照、二氧化碳浓度、土壤水分，做到按需供给，一系列作物在不同生长周期的问题，都有信息化、智能化监控系统实时定量“精确”把关。智能农业、精准农业的发展，智能感知芯片、移动嵌入式系统、无线通信技术等物联网技术在现代农业中的应用逐步拓宽，作用显着，具体表现为：在监控农作物灌溉情况、土壤空气变更、畜禽的环境状况以及大面积的地表检测，收集温度、湿度、风力、大气、降雨量，有关土地的湿度、氮浓缩量、土壤污染和土壤pH 值等方面实现科学监测、科学种植, 帮助农民抗灾、减灾[1]. 在智慧农业中，可运用物联网的温度传感器、湿度传感器、PH 值传感器、光照传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH 值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。采用物联网，特别是无线传感器网络来获得作物生长的最佳条件，可以为智慧农业提供科学依据，达到增产增收、改善品质、调节生长周期及提高经济效益的目的。 1 智慧农业 智慧农业是农业生产的高级阶段，是集新兴的互联网、移动通信网、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器节点（环境温湿度传感器、土壤水分传感器、二氧化碳浓度传感器、光照强度传感器等）和无线传感器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。 1.1 智慧农业定义 “智慧农业”也称为“智能农业”, 它充分应用现代信息技术、计算机与网络技术、物联网技术、音视频技术、3S 技术、无线通信技术及专家智慧与知识，实现农业可视化远程诊断、远程控制、问题预警等智能管理。智慧农业是以最高效率地利用各种农业资源，最大限度地降低农业成本和能耗、减少
应急指挥子系统应急指挥子系统信息库 信息库：包含应急资源、专家库、危险品、隐患单位信息，实现对以上信息数据的录入、编辑、查询、报表生成、打印等功能应急预案：预案管理—预案生成启动—处置方案—现场处置—跟踪监测—应急终止—恢复评估—总结报告—预案推演指挥决策：主要有联动指挥和辅助决策的功能，通过预案生成系统专家意见、查询危险品信息向政府部门提交污染情况报告和提交处置方案，通过图像、语音、EMAIL、短信等方式实现信息的发布和管理车辆管理：实现对执法车辆的使用、维护、人员出车情况的跟踪管理定位跟踪：通过GPS定位信息对车辆的具体位置进行定位，将投诉举报信息和应急信息在第一时间通知执法车。指挥调度：指挥车辆在最短时间赶到事故现场进行执法处理 应急指挥预案应急预案应急指挥系统执法车辆指挥调度 指挥决策车辆管理 定位跟踪指挥调度 10 应急指挥子系统应急指挥子系统—应急指挥预案隐患单位信息管理预案生成收录危险品的基本信息和应急处理办法 11 应急指挥子系统应急指挥子系统—执法车辆指挥调度定位跟踪：通过无线传输，将车机计算出的定位信息传送至平台，配合电子地图实现车辆定位。环保执法车 PDA APN接入无线基站 wcdma/gprs 中心管理平台手机笔记本轨迹回放：工作人员调出任意一辆车在某段时间内的运行轨迹,并且将轨迹结合GIS地图动画表现出来,方便管理人员对监察车辆的监督和管理实时调度：随时保持与车辆的沟通，及时下发事故应急调度信息，调派车辆前往事发地点进行执法。视频监控：通过3G网络实现对车辆的远程图像监控，可完成对执法现场进行拍摄取证。监控大屏 GIS地理地图车辆信息管理车辆所处位置（经度、维度、方向等） PC机PC机 PC机监控中心 12 环境保护自动监测系统管理功能 用户管理：可建立不同级别用户，如系统管理员、系统操作员、企业管理员、企业操作员。 设备管理：对视频服务器、硬盘录像机、电视墙、数采仪、报警设备等集中管理。 机构（区域）管理：建立各级机构。 权限认证管理：对不同用户及设备授权。 日志管理：记录各种
智慧农业视频监控系统解决方案 目录
第一章项目概述 1.1项目背景 近年来，随着智能农业、精准农业的发展，智能感知芯片、移动嵌入式系统等物联网技术在现代农业中的应用逐步拓宽。在监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、以及大面积的地表检测，收集温度、湿度、风力、大气、降雨量，有关土地的湿度、土壤氮噒钾含量和土壤pH值等方面，物联网技术正在精准农业发挥出越来越大的作用，从而实现科学监测，科学种植，帮助农民抗灾、减灾，提高农业综合效益，促进了现代农业的转型升级。 1.2需求分析 我国是一个农业大国，又是一个自然灾害多发的国家，农作物种植在全国范围内都非常广泛，农作物病虫害防治工作的好坏、及时与否对于农作物的产量、质量影响至关重要。农作物出现病虫害时能够及时诊断对于农业生产具有重要的指导意义，而农业专家又相对匮乏，不能够做到在灾害发生时及时出现在现场，因此农作物无线远程监控产品在农业领域就有了用武之地。在传统农业中，人们获取农田信息的方式很有限，主要是通过人工测量，获取过程需要消耗大量的人力，例如食用菌工厂化，刚开始人们开始注意到CO2浓度，温湿度对作物生长的作用，但是不舍得在传感器和自动控制领域中出太多钱，每天浪费人力，去每个房间用CO2检测仪检测CO2浓度，自己去开启风机。而通过使用无线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息。在现代农业中，大量的传感器节点构成了一张张功能各异的监控网络,通过各种传感器采集信息,可以帮助农民及时发现问题,并且准确地捕捉发生问题的位置。这样一来，农业逐渐地从以人力为
中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式,从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，促进了农业发展方式的很大转变。 但是仅仅依靠智能传感器实时监控农作物生长环境的各项参数。不足以完成对农作物生长的实时跟踪，及时反馈各种病虫害并由专家分析解决。众多智能感知芯片监控的环境信息最终目的便是服务于农作物的健康茁壮成长，以获取更高的经济收益。那么怎样才能实时记录农作物的生长情况，及时处理各种病虫害又避免由于每天逐一记录数据而带来的大量的人力成本呢？ 由某某市某某技术股份有线公司开发的智能农业视频监控系统可以完美的解决这个问题。 第二章设计依据与原则 2.1设计思路 智能农业监控系统以3G/wifi网络为骨架，将监控中心、远程监控工作站、数据服务器、无线移动通讯网、终端有机地结合在一起，以服务器为核心实现分布式多级监控，具有“经济、实用、性能价格比高、可伸缩性强”的优点。 2.2设计原则 先进性：本方案设计采用的产品和系统是当代先进计算机技术、安防技术的应用成果，具有一定的前瞻性，特别是采用OFDM 通信技术，使系统安全性、无线信道抗干扰能力、抗衰落能力大大增强，并提高了无线信道的传输速率。 智能化：系统中采用的产品和平台具有智能特征，比如自主编程、记忆功能、主动检测等；前端设备与系统具备良好而可靠的通讯能力和故障自动检测、报警功能等。
标准操作程序 S．O．P 部门：质控部题目：洁净室环境在线监测系统使用标准操作程序共页NO：SOP－QA－055－A 版本号： A 颁发部门：质量管理中心 起草人及日期：审核人及日期：审核人及日期： 批准人：批准日期：执行日期： 分发单位：质控部、冻干粉针车间、设备科 1．目的：建立一个洁净室环境在线监测系统使用的标准操作程序 2．范围：冻干粉针车间洁净室环境在线监测系统 3．责任人： 4.操作程序： 1.1 WINCC系统启动 1.1.1 手动启动 ①WINDOWS系统启动； ②桌面→所有程序→SIMATIC→WINCC→WINCC Explorer；
③打开Wincc Explorer后点击按钮，系统会自动启动，等待2分钟左右会出现登录界面； ④弹出登录界面后输入正确用户名密码后，登录成功，根据登录用户的权限可进行相关的操作。 1.1.2 自动启动 ①WINDOWS系统启动； ②桌面→所有程序→SIMATIC→WINCC→Tools→Autostart； ③按照如下设置，然后重新启动WINDOWS后，系统会自动启动；
④弹出登录界面后输入正确用户名密码后，登录成功，根据登录用户的权限可进行相关的操作。 1.2 用户登录 1.2.1 操作员站OS1用户组及用户列表 用户名设置为4-10个英文字母和/或阿拉伯数字的组合，密码设置为不少于6个英文字母和阿拉伯数字的组合，如下表： 人机界面安全组成员用户ID 密码 OS1 管理员Admin1 admin1工程师Eng1 eng111 操作员Oper1 oper11
操作员站OS1用户组权限列表： 访问权限管理员工程师操作员 浏览安全数据是否否 改变自己的密码是否否 改变自己期望的密码是否否 编辑用户数据组是否否 编辑用户组访问权限是否否 编辑安全设置是否否 趋势是是是 报警确认是是是 复位报警是是是 开关的手自动是否否 停止系统是是是 日期和时间是否否 手动控制数字、模拟输出是否否 参数输入是否否 审计表浏览是是是 画面浏览是是是 1.2.2 用户登录操作 ①WINCC运行系统已经启动，步骤参见WINCC系统启动； ②弹出登录界面后输入正确用户名密码后，登录成功，根据登录用户的权限可进行相关的操作。 1.2.3 用户注销及更改密码操作 ①WINCC运行系统会在用户停止操作鼠标和键盘半小时后自动注销登录用户； ②当用户想立即退出登录的话可点击WINCC界面功能区按钮，会弹出登录窗口后点击下图注销按钮即可； ③点击更改密码可更改当前用户密码。
农业环境监测监测实用手册 农业环境监测监测的直接目的就是通过调查访问,直接观察,和利用物理、化学、生物学等手段与技术来观察、测试农业的物理、化学和生物等的自然因素状况和变化,以获取关于农业环境质量的信息。这些信息资料包括关于农业环境的调查、观察记录与报告,各种测试数据资料,影象材料,航片、卫星图片及其它遥感资料等等,这些都是反映农业环境质量情况的重要资料。 农业环境监测监测工作还不能止步于获取这些信息,还要将这些信息进行归纳分析和整理,对农业环境质量作出现状或预断评价,有时还要追索污染(或破坏)的根源,提出环境事故裁决意见和防治办法建议。同时,农业环境监测监测部门还要不断地进行监测方法学方面的研究工作。农业环境监测监测是一项新发展的工作,在方法学上有许多需要研究的问题,只有结合监测工作任务不断进行研究才能提高水平,满足现代环境管理与农业生产对农业环境监测监测越来越高的要求。目前，国产高分卫星系列高分一号、高分二号以及资源卫星系列资源三号、资源一号02C已经在农业环境监测中有着广泛的应用，公众可以在遥感集市上查询相关影像数据并共同参与农业环境监测。（百度一下“遥感集市”即可知晓） 一、农业环境监测过程 农业环境监测的过程主要包括：监测目标的确定；资料调研；初步监测方案设计；现场调查；监测计划设计；参数选择；优化布点；样品采集与处理；质量保证方案；分析测试；数据处理；综合评价等。 三、农业环境监测分类 1．按监测目的和性质分为3类 （1）污染事故监测 （2）仲裁监测 （3）考核验证监测 （4）基线监测 （5）健康监测 （6）可再生资源的监测 （7）咨询服务监测 2．按监测对象 水质监测、空气监测、土壤监测、生物监测、噪声监测······ 3．按部门分类 基线监测（气象部门）、卫生监测（卫生部门）、例行监测（环境保护部门）、资源监测（资源管理部门）、工业监测（又分多种：如轻工业、冶金等）等。 四、农业环境监测的特点 1. 农业环境监测的综合性 “三态”（气、液、固）、“一波”（热、电、磁、声、光、振动、辐射波）；多方法、多领域 2. 农业环境监测的连续性 3. 农业环境监测的追踪性 4. 执法性 五、农业环境监测的原则 1. 针对污染物的性质，选择那些污染物毒性大，或潜在毒性大，或污染趋势严重，影响范围大的污染物。
毕业设计（报告） 课题:基于ZigBee的农业大棚光照环境监控系统设计学生:杨雪系部:物联网 班级:物联网1203班学号: 指导教师:李靖 装订交卷日期: 毕业设计（报告）成绩评定记录表
注：1.此表适用于参加毕业答辩学生的毕业设计（报告）成绩评定； .平 时成 绩占 20%、 卷面 评阅 成绩 占 50%、 答辩 成绩 占 30%， 在上 面的 评分 表 中， 可分别按20分、50分、30分来量化评分，三项相加所得总分即为总评成绩， 总评成绩请转换为优秀、良好、中等、及格、不及格五等级计分。
教务 毕 业 设 计 （ 报 告） 成 绩 评 定记录表 注：1.此表适用于不参加毕业答辩学生的毕业设计（报告）成绩评定； 2.平时成绩占40%、卷面评阅成绩占60%，在上面的评分表中，可分别按40分、60分来量化评分，二项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、及格、不及格五等级计分。 教务处
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摘要 随着农业应用技术及科技的发展，温室大棚已经成为农业的一个重要组成部分，而且能带动农业高效的发展。因此，对于农业生产环境来说，对一些重要参数进行检测与控制就显得十分重要且必要，这些参数包括光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等。这些参数控制得当，就改变了植物的生长环境，为植物创造了最佳的生长环境，而且避免了外界四季变化和恶劣气候对植物生长的影响。 目前，ZigBee技术已经广泛应用于近距离传输的无线通信领域，尤其是在工农业控制、医疗卫生方面日益起着越来越重要的作用。本设计意在通过ZigBee 无线通信技术构建一个无线传感器网络（WSN），采用树型网络拓扑结构，对加入该网络的传感器节点进行温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度的数据进行采集和分析，将此应用于对农业里温室的环境检测和控制当中，避免了有线网络的布线问题和成本问题。本设计利用了一个结构合理的Web应用程序，搭建Web 服务器来动态显示传感终端所采集的温室数据。 关键词：ZigBee；CC2530；无线传感器网络；光照传感器
污染源在线监测系统是环保监测与环境预警的信息平台。系统采用先进的无线网络，涵盖水质监测、烟气自动监测（CEMS）、空气质量监测、以及视频监测等多种环境在线监测应用；系统以污染源在线监测为基础，充分贯彻总量管理、总量控制的原则，包含了环境监理信息系统的许多重要功能，充分满足各级环保部门环境信息网络的建设要求，支持各级环保部门的环境监理与环境监测工作，满足不同层级用户的管理需求。 【部分正文预览】污染源在线监测系统是环保监测与环境预警的信息平台。系统采用先进的无线网络，涵盖水质监测、烟气自动监测（CEMS）、空气质量监测、以及视频监测等多种环境在线监测应用；系统以污染源在线监测为基础，充分贯彻总量管理、总量控制的原则，包含了环境监理信息系统的许多重要功能，充分满足各级环保部门环境信息网络的建设要求，支持各级环保部门的环境监理与环境监测工作，满足不同层级用户的管理需求。 1. 污染源在线监测系统的构成 一套完整的污染源在线监测系统能连续、及时、准确地监测排污口各监测参数及其变化状况；中心控制室可随时取得各子站的实时监测数据，统计、处理监测数据，可打印输出日、周、月、季、年平均数据以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各种监测、统计报告及图表（棒状图、曲线图、多轨迹图、对比图等），并可输入中心数据库或上网。收集并可长期存储指定的监测数据及各种运行资料、环境资料备检索。系统具有监测项目超标及子站状态信号显示、报警功能；自动运行，停电保护、来电自动恢复功能；维护检修状态测试，便于例行维修和应急故障处理 污染源在线监测系统特点 ?整合污染源在线监测系统与视频监测系统，在全面监测企业污染物排放状况的同时，还可以将企业现场的实时画面传送到环保局，实现污染源可视化管理。 ?采用GPRS无线数据传输方式，彻底摆脱“有线”的束缚，适用范围广，运行成本低。 ?利用GPRS无线网络实时在线的特点，建立污染源在线监测系统（环境监理信息系统）的无线网络，及时准确地掌握各个企业污染物排放口的实际运行情况和污染物排放的发展趋势与动态。 ?人性化的报警和预警功能，可以提醒管理人员及时地关注和处理可能发生或已经发生的事件。 ?监测仪表的类型不受限制，只要在系统中进行相应的设置即可对任意仪表类型自动进行识别，从而扩大了系统的监测种类和应用范围。 ?涵盖在线监测的多种应用，包括水质在线监测、烟尘在线监测。 ?围绕污染源在线监测的核心，拓展了在环境监理方面的功能，使得本系统同时也是一套环境监理信息系统。 污染源在线监测系统功能
大棚环境参数监控解决 方案！ 成都鑫芯电子科技有限公司
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1.公司简介 成都鑫芯电子科技有限公司（简称“成都鑫芯电子”）成立于2010年，总部坐落于省级高新技术产业开发区——成都市金牛高新技术产业园内。是中国西南地区专注于物联网领域无线传感器行业相关产品研发、物联网智能监控系统集成，集研发、生产、销售、项目智能化设计和实施多位一体的高新技术企业。 成都鑫芯电子坚持以技术为先导，以自主产品为核心，积极发挥人才优势，通过运用瑞士、英国、美国等世界知名厂商元器件，结合自主研发的软件及终端，现已攻克物联网领域传感器行业多项技术难题，并长期积极致力于医药生物、食品冷链、仓储物流、农业养殖、电力化工、档案管理等20多个领域的物联网应用信息化建设。 成都鑫芯电子顺世界技术潮流而诞生，应国家创新号召而发展。面对物联网经济即将大规模爆发的机遇，公司招贤纳士，广聚人才，以高效服务于社会大众为宗旨，以积极创新发展为动力，持续增加企业投入，发挥团队协作精神，以实现企业规模经济和跨越式发展。公司目前已在全国发展多名省级代理商，正筹建北京，上海，广州分公司，力争成为具有国内、国际竞争力的世界知名物联网传感器电子研发领航企业。 Chengdu Xinxin Electronic Technology Co., Ltd. (called “Chengdu Xinxin Electronics” for short) was founded in 2010, headquartered in Chengdu Jinniu High-tech Industrial Park, a provincial-level high-tech industr y development zone. It’s a new high-tech enterprise located in Southwest China specialized in researching and developing the products related to the wireless sensor industry in the field of the Internet of Things, researching, developing, producing and selling intelligent monitoring systems for the Internet of Things, as well as designing and implementing programs intelligently.
智慧农业解决方案 前言-------------------------------------------------------------- 3 方案整体示意图--------------------------------------------------- 5 方案概述---------------------------------------------------------- 6 系统功能总体描述------------------------------------------------- 8 网络传输平台设备配置清单---------------------------------------- 9 信息精准采集------------------------------------------------------ 11 数据可靠传输------------------------------------------------------ 12 智能远程控制------------------------------------------------------ 14 “物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。 我国是一个农业大国，又是一个自然灾害多发的国家，农作物种植在全国范围内都非常广泛，农作物病虫害防治工作的好坏、及时与否对于农作物的产量、质量影响至关重要。农作物出现病虫害时能够及时诊断对于农业生产具有重要的指导意义，而农业专家又相对匮乏，不能够做到在灾害发生时及时出现在现场，因此农作物无线远程监控产品在农业领域就有了用武之地。农业信息化，智慧化是国民经济和社会信息化的重要组成部分，是农业发展的