侵权投诉
当前位置:

OFweek电子工程网

传感技术

正文

基于无线传感器网络的大棚环境参数采集系统

导读: 为了实现温室大棚内的温度、湿度和CO2浓度的数据采集,设计了一种超低功耗的无线传感器网络系统,解决了传统监测系统布线复杂、维护困难等问题。

  随着人们对新鲜蔬菜需求的不断提高以及土地资源的日渐紧缺,生产效率较高的温室农业得到了迅速发展。温室大棚内温湿度等因素对农作物的生长有着直接影响,对温室大棚内的温度、湿度及二氧化碳等参数的检测和控制至关重要。传统的温室数据采集工作大多是采用人工抄表或预先布线的有线采集方式。人工方式的缺点是工作量大、费用高、难以保障数据的实时性和有效性,而有线数据采集存在着布线费用高、测量节点位置变化时需要改变线路走向及长度等诸多不利因素。

  文中采用无线传感器网络技术设计了一种温室大棚温度、湿度及二氧化碳参数测量系统,具有超低功耗、不需布线、测量节点移动方便等优点,克服了人工抄表和有线数据采集系统的诸多缺点。

  1 硬件设计

  无线传感器网络节点的电路原理图如图1所示。它主要由MCU控制单元、射频收发单元、温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器构成。所有单元均采用低功耗器件,MCU采用中颖电子的具有休眠功能的SH79F64单片机,温度和湿度测量单元采用SENSIRON公司的具有休眠功能的SHT75温湿度传感器,CO2浓度测量采用GSS公司的功率仅为3.5 mW的COZIR传感器,射频收发单元采用SILICON LABS公司的具有休眠功能的SI4432无线收发器。所有器件均采用3.3 V供电,便于电池集中供电。

 

图1 无线测量节点的电路结构图

  上位机无线模块硬件设计可采用类似结构,取消传感器部分,增加Silicon LABS公司的CP2102单芯片USB与UART桥接单元,通过USB口连接PC机。PC通过USB接口给无线模块供电。

  1.1 MCU单元

  MCU采用中颖电子生产的SH79F64低功耗单片机,SH79F64是一颗低功耗高性能8位芯片,SH79F64内嵌加强8051核,具有高速高效率特性。在同样振荡频率下,较之传统的8051芯片它具有运行更快速的优越特性。它保留了标准8051芯片的大部分特性。这些特性包括内置256字节RAM和3个16位定时器/计数器,2个EUART,外部中断INT0和INT1.此外,SH79F64还集成了外部2776字节RAM(不包括LCD RAM),1路8位PWM输出,外部中断INT2和INT3,可兼容8052芯片的16位定时器/计数器(Timer3)和适合存储程序和数据的64k字节flash以及1 k字节类EEPROM存储器。

  除具有普通单片机的功能,SH79F64还具有其他特点:

  1)强大的处理能力 SH79F64虽然是8位单片机,但是机器周期为1个振荡器周期,而传统型51内核机器周期为12个振荡器周期。其指令执行效率约为同频率的传统8051的8~10倍。另外还提供增强型的乘/除法指令,支持16 bitx8bit和16 bit÷8 bit运算,提供双DPTR指针,用户在使用查表,数据搬移等操作时会更方便。

  2)丰富的数据存储区域 SH79F64提供64 k字节FLASH ROM,每1 k字节为1个扇区(SECTOR),每个扇区可分别进行加密。如果没有加密,每个扇区可分别单独进行编程和擦除。整体擦除(MASS ERASE)可以擦除所有扇区。SH79F64的全部64 k BYTE都可用于存储程序和数据,存放在FLASH ROM中的程序可以对不在同一扇区的FLASHROM编程(SSP模式),因此可以当作EEROM来使用。另外提供1 k字节的客户信息区/类EEPRO M块区用于存放用户数据,每个扇区(SECTOR)为256字节。

  3)高性能模拟技术及丰富的片上外围模块 SH79F64内部集成的有:3个16位定时/计数器T0、T1和T2,1个16位定时器T3,看门狗定时器,1路8位PWM定时器,4/5x40/39段LCD驱动器,EUART、IR、TWI和SPI等标准通信模块,8通道10位AD转换器,蜂鸣器输出等。

  4)超低功耗 其供电电压为2.4~3.6 V,内建低电压复位功能和低电压检测功能。系统可采用双时钟方式,支持两种省电模式:IDLE模式和掉电模式。当系统时钟采用高速时钟,外围模块采用32.768 Hz时钟时,掉电模式将停止CPU时钟信号,用于定时器3的时钟可以开启,此时的工作电流不超过20μA.

  MCU是无线测量节点的核心,在无事件发生时工作于掉电模式,当无线模块收到数据时会通过IO口唤醒SH79F64进人活动工作状态。SH79 F64功能丰富,编程方式灵活,完全可以满足无线测量节点的设计需求。

  1.2 无线收发单元

  Si4432芯片是Silicon Labs公司推出的一款高集成度、低功耗、多频段的EZRadioPRO系列无线收发芯片,早期生产的V2版本不太稳定,改进后的B1版本性能比较稳定。其工作电压为1.8~3.6 V,20引脚QFN封装(4 mmx4 mm),可工作在240~930 MHz的频段;内部集成分集式天线、功率放大器、唤醒定时器、数字调制解调器、64字节的发送和接收数据FIFO,以及可配置的GPIO等。Si4432在使用时所需的外部元件很少,1个30 MHz的晶振、几个电容和电感就可组成一个高可靠性的收发系统,设计简单,且成本低。

 

1  2  3  下一页>  
声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号