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基于Freescale嵌入式平台及zigbee组网技术的智能温室自控系统

专家
2014-02-26 14:28:57    评分

作者:青岛大学 李岳 生兆东

指导教师:山炳强

 

  作品简介

  三、功能简介

  本系统以Freescale嵌入式平台为主控中心,结合zigbee自组网技术及相关传感器,实现温室内温度、空气湿度、土壤湿度、光照的采集及实时显示。Zigbee终端节点采集温度、湿度、光照等传感器数据,通过PCB天线发送至协调器。控制端通过串口接收协调器传送过来的数据,进行实时的处理、显示。利用RFID作为智能门禁,刷卡开门。控制端以LCD液晶人机界面。此外,控制端可以预先设置温度、湿度、光照阈值,实现温室内灯光、通风口风扇、遮光板的自动开关。

  四、作品特色

  本系统智能农业的相关应用,打破了传统农业人力、物力浪费的弊端,且人机界面友好,易操作。

 

  平台选型说明

  K60微控制器系列具有以下性能:IEEE 1588 以太网,全速和高速USB 2.0On-The-Go带设备充电探测,硬件加密和防窜改探测能力。丰富的模拟、通信、定时和控制外设从100 LQFP封装256 KB闪存开始可扩展到256 MAPBGA 1MB闪存。

  大闪存的K60系列器件还可提供可选的单精度浮点单元、NAND闪存控制器和DRAM

  控制器。

  Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术。

 

  设计说明

  一、设计原理及方案

  本系统以Freescale嵌入式平台为主控中心,结合zigbee自组网技术及相关传感器,实现温室内温度、空气湿度、土壤湿度、光照的采集及实时显示。Zigbee终端节点采集温度、湿度、光照等传感器数据,通过PCB天线发送至协调器。控制端通过串口接收协调器传送过来的数据,进行实时的处理、显示。利用RFID作为智能门禁,刷卡开门。控制端以LCD液晶人机界面。此外,控制端可以预先设置温度、湿度、光照阈值,实现温室内灯光、通风口风扇、遮光板的自动开关。

  二、各模块原理及功能

  【1】 主控模块

  K60微控制器系列具有 IEEE 1588 以太网、全速和高速USB 2.0On-The-Go带设备充电探测、硬件加密和防窜改探测能力、丰富的模拟、通信、定时和控制外设从100 LQFP封装256 KB闪存开始可扩展到256 MAPBGA 1MB闪存。大闪存的K60系列器件还可提供可选的单精度浮点单元、NAND闪存控制器和DRAM控制器。

  【2】 LCD显示模块

  采用1.8寸液晶彩屏,通过SPI接口与K60 核心板相连,将K60接受的信息实时显示。成本低廉,人机界面友好。

  【3】 红外控制模块

  编码方式:WD6122 所发射的一帧码含有一个引导码,16位的用户编码和8位的键数据码、键数据码的反码也同时被传送。码型结构如下:

  引导码由一个9ms的载波波形和4.5ms的关断时间构成,它作为随后发射的码的引导,这样当接收系统是由微处理器构成的时候,能更有效地处理码的接收与检测及其它各项控制之间的时序关系。编码采用脉冲位置调制方式(PPM)。利用脉冲之间的时间间隔来区分“0”和“1”。每次8位的码被传送之后,它们的反码也被传送,减少了系统的误码率。

  【4】 Zigbee自组网模块

  ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。

  ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中设备的可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。

  zigbee作为一种短距离无线通信技术,由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能,因此在物联网领域具有非常强的可应用性。

  【5】 智能门禁

  IC卡 (Integrated Circuit Card,集成电路卡),是将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816标准的卡基中,做成卡片形式。 IC卡读写器是IC卡与应用系统间的桥梁,在ISO国际标准中称之为接口设备IFD(Interface Device)。IFD内CPU通过一个接口电路与IC卡相连并进行通信。IC卡接口电路是IC卡读写器中至关重要的部分,根据实际应用系统的不同,可选择并行通信、半双工串行通信和I2C通信等不同的IC卡读写芯片。 非接触式IC卡又称射频卡,成功地解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破。主要用于公交、轮渡、地铁的自动收费系统,也应用在门禁管理、身份证明和电子钱包。

  【6】 传感器

  1) 光敏电阻

  光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线,将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻,为了增加灵敏度,两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。入射光消失后,由光子激发产生的电子—空穴对将复合,光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压,其中便有电流通过,受到一定波长的光线照射时,电流就会随光强的增大而变大,从而实现光电转换。光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压,也加交流电压。在特定波长的光照射下,其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电,在外加电场的作用下作漂移运动,电子奔向电源的正极,空穴奔向电源的负极,从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。

  2) 温湿度传感器

  DATA 用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:

  一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。

  3) 土壤湿度传感器

  采用优质土壤传感器做土壤湿度的检测,表面采用镀镍处理,有加宽的感应面积,可以提高导电性能,防止接触土壤容易生锈的问题,延长使用寿命;产品可以宽范围控制土壤的湿度,通过电位器调节控制相应阀值,湿度低于设定值时,DO输出高电平,高于设定值时,DO输出低电平;比较器采用LM393芯片,工作稳定工作电压3.3V-5V。

  小板模拟量输出AO可以和AD模块相连,通过AD转换,可以获得土壤湿度更精确的数值。

 

此文档的视频来自:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/13357




关键词: Freescale     zigbee     嵌入式    

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