導(dǎo)語：生理參數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集端、嵌入式網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程發(fā)送端以及檢測管理中心三部分組成。首先，傳感器通過ZigBee協(xié)議發(fā)送所采集的植物生理參數(shù)信息到網(wǎng)關(guān)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)通過RS—232串口發(fā)送到基于ARM9的CDMADTU嵌入式模塊，CDMADTU模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后通過CDMA2000網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到由PC構(gòu)建的Web服務(wù)器，發(fā)送到服務(wù)器的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)易存儲易查詢。最后，檢測中心還能通過基于LabVIEW編寫的上位機(jī)軟件根據(jù)已知的數(shù)據(jù)分析出植物的生理生長狀況，并設(shè)計(jì)了一種根據(jù)蒸騰速率和葉綠素含量等參數(shù)的自動報(bào)警界面，從而可以更精確地判斷和控制植物的長勢和各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2．1數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)組要負(fù)責(zé)采集植物的各項(xiàng)生理參數(shù)(莖稈與果實(shí)直徑、葉綠素含量、植物莖流等)和無線發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)。無線收發(fā)芯片選用TI公司推出的CC2530作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的射頻收發(fā)送模塊。CC2530是應(yīng)用于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的真正片上系統(tǒng)(SOC)解決方案，包括一個高性能的2．4GHz射頻收發(fā)器，內(nèi)含一個高性能、低功耗的增強(qiáng)型8051內(nèi)核和一個8通道12位A/D轉(zhuǎn)換器。CC2530較以往常用的CC2430芯片具有靈敏度更高、功耗更小、通信距離更遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此，滿足無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)對高性能、低成本、低功耗的要求。本設(shè)計(jì)中需要測量的莖稈直徑采用基于LVDT的植物莖稈傳感器，葉綠素含量測量采用基于透射型活體葉綠素傳感器，植物莖流測量采用基于熱平衡法傳感器，這些傳感器的輸出均為模擬信號，在傳感器部分對輸出信號進(jìn)行調(diào)理就能夠直接與CC2530芯片連接。

2．2嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)

嵌入式網(wǎng)關(guān)主要負(fù)責(zé)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與存儲，并實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)議與TCP/IP協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，從而將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)。嵌入式網(wǎng)關(guān)主要由協(xié)調(diào)器和基于AM9的CDMADTU模塊組成，CDMADTU模塊包括AM9微處理器和DTU發(fā)送模塊。本設(shè)計(jì)的CDMADTU選用CDMA2000通信模塊，該模塊采用AM9高性能工業(yè)級嵌入式處理器，供電范圍寬(5～32VDC)，數(shù)據(jù)傳輸速度高，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。在使用CDMADTU之前需要做兩步準(zhǔn)備:一是因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用動態(tài)IP鏈接Internet網(wǎng)絡(luò)與Web服務(wù)器，因此，要申請域名，申請域名解析服務(wù)后可以通過域名自動建立通信。接入CDMA網(wǎng)絡(luò)前，需要向電信公司申請SIM卡，SIM卡可為CDMADTU提供鏈接Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。二是使用前需要用終端軟件或AT命令對參數(shù)設(shè)置，以決定進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)透明數(shù)據(jù)傳輸模式的工作方式。

2．3鋰電池供電模塊設(shè)計(jì)

植物生理檢測系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境很復(fù)雜，電源供給很難保障，因此，本設(shè)計(jì)中采用3．6V鋰電池供電。但植物生理檢測系統(tǒng)中傳感器模塊、CC2530等模塊需要不同的電源供給，因此，本設(shè)計(jì)采用DC-DC芯片NCP500SN33G獲得穩(wěn)定的3．3V，該電壓適用于SOC工作電壓。采用TPS61040將3．6V自舉到適用于各類傳感器工作的12V電壓。其電路圖分別如圖4、圖5所示。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3．1數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

采集端傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集植物各項(xiàng)生理信息并組網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送給嵌入式網(wǎng)關(guān)。本設(shè)計(jì)采用IAR集成開發(fā)環(huán)境自底向上構(gòu)建ZigBee網(wǎng)絡(luò)。為了節(jié)省電量，采用的傳感器節(jié)點(diǎn)一般處于低功耗模式，直到收到上位機(jī)命令后才將對應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)關(guān)。為了提高效率，上位機(jī)可設(shè)置每隔一段時間后對傳感器發(fā)送上傳數(shù)據(jù)命令。另外，還采用了中值平均濾波算法來消除個別傳感器系統(tǒng)內(nèi)部的隨機(jī)干擾，提高了傳感器的測量精度。

3．2嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)

嵌入式網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)是建立在Linuxredhatlinux操作系統(tǒng)上的，該操作系統(tǒng)具有多任務(wù)操作進(jìn)程、支持硬件廣泛、程序模塊化、源代碼公開等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。使用IAR集成開發(fā)環(huán)境來建立嵌入式網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程檢測管理中心的網(wǎng)絡(luò)連接。

3．3上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用LabVIEW平臺編寫上位機(jī)軟件，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將軟件分為數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)存儲三大模塊。數(shù)據(jù)顯示模塊主要是將接收到的數(shù)據(jù)和分析后的結(jié)果顯示在上位機(jī)的前面板上。數(shù)據(jù)分析模塊主要是根據(jù)所要檢測植物參數(shù)的不同選擇合適的分析和處理方法。本系統(tǒng)分析模塊實(shí)現(xiàn)的功能是:當(dāng)測量數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)時指示燈顯示綠色，表示植物長勢正常。當(dāng)某一參數(shù)超出或者低于正常范圍時，其對應(yīng)的指示燈顯示紅色報(bào)警。數(shù)據(jù)存儲模塊主要是將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，由于LabVIEW不能直接訪問數(shù)據(jù)庫，因此，采用SQL語言來完成對數(shù)據(jù)庫的訪問。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了對設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能各方面進(jìn)行驗(yàn)證，在29℃的溫室環(huán)境下選擇了4株番茄做為測試對象，4株番茄均勻分布于250mm×250mm的測試區(qū)域，將協(xié)調(diào)器放置在溫室的中心區(qū)域從而組建星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。每株番茄同時采集莖流、葉綠素含量、番茄果實(shí)的直徑等生理參數(shù)并將參數(shù)發(fā)送到上位機(jī)顯示界面，采集間隔為2h，總檢測時間為24h。

5結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于WSNs遠(yuǎn)程農(nóng)作物生理參數(shù)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，結(jié)合嵌入式和ZigBee技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)作物的各項(xiàng)生理參數(shù)定時的動態(tài)采集、無線傳輸和遠(yuǎn)程的實(shí)時監(jiān)測，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中具有重要的意義。實(shí)驗(yàn)證實(shí)本系統(tǒng)性能優(yōu)越，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，具有很好的推廣應(yīng)用價值。

作者:韓浩俞阿龍施賽杰王袁單位:寧夏大學(xué)淮陰師范學(xué)院