物联网基于无线传感器网络的精准农业环境监测系统设计样本.doc

齐 齐 哈 尔 大 学

毕业设计（论文）

题 目 基于无线传感器网络精准农业环境监测系统设计
学 院 通信与电子工程学院
专业班级 物联网111班
学生姓名 卢 旭
指引教师 苗凤娟
成 绩

6 月 25 日

摘 要
众所周知，无线传感器技术已经成为农业环境监测重要技术，通过该技术解决了老式农业环境监测诸多问题，例如：设备繁多、维修困难；布线繁琐、容易腐化；规模庞大、不易管理等。本设计基于无线传感器网络技术依照规定不但可以采集农业环境参数，还运用视频技术采集了环境图像信息，这样不但从数据分析上得到农业环境参数，更能通过图像直观观测农田环境，为本设计提供更可靠根据。
本设计融合软件和硬件，对于无线传播硬件，选取了Zigbee模块和Wifi模块，Zigbee模块重要负责传播传感器数据，Wifi负责传播视频，由于需要采集温湿度、二氧化碳浓度和光照强度，因此比较了各种传感器后，温湿度传感器选取DHT11，二氧化碳传感器使用MG811，对于光照强度传感器使用BH1750。传感器监测节点很简朴，传感器采集数据通过Zigbee模块传送给协调器，由协调器在传送到上位机即可。另一某些采用Wifi模块传播摄像头采集视频，将视频传播到上位机，监测农作物与否有病虫害，或者与否有人侵入等。软件则涉及了Altium designer设计硬件电路图，上位机选用Visual Studio ，程序设计语言C#，PC机接将数据存储、分析，若是超过了设立范畴，则会自动实现报警功能，真正实现远程监测功能。
核心词：环境监测系统；无线传感器网络；传感器；协调器；

Abstract
As we all know，the wireless sensor technology has become a major agricultural technology for environmental monitoring，through the technology to solve the many problems of traditional agriculture environmental monitoring，such as：equipment range，difficult maintenance；wiring cumbersome，easy to corrupt；large-scale，difficult to manage and so on. The design is based on wireless sensor network technology can not only collect according to the requirements of agricultural environmental parameters，but also the use of video technology to collect the image information environment，so that not only the agricultural environment parameters obtained from the data analysis，more intuitive observation by image farmland environment-oriented designed to provide a more reliable basis.
The integration of software and hardware design，hardware for wireless transmission，select the Zigbee module and Wifi module，Zigbee module is mainly responsible for the data transmission of the sensor，Wifi responsible for the transmission of video，because you need to collect temperature，humidity，carbon dioxide concentration and light intensity，it is more a more after the kind of sensor，temperature and humidity sensor selection DHT11，carbon dioxide sensors MG811，the light intensity sensors BH1750. Sensors monitor node is simple sensor to collect data to the coordinator after Zigbee module，by the coordinator in the transmission to the host computer can be. Another part of Wifi module transmission camera to capture the video，the video transmission to the host computer，monitor crops if there are pests and diseases，or whether someone breaks the like. Altium designer software involves the design of hardware circuit，the host machine selects Visual Studio ，the programming language C #，PC machines connected to data storage，analysis，if beyond the scope set alarm function will automatically truly remote monitoring functions.
Keywords：environmental monitoring system；wireless sensor networks；coordinator；sensors;
目 录
摘 要 I
Abstract II

第1章 绪论 1
1.1 选题背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文内容及安排 3
第2章 系统整体设计方案和核心技术 5
2.1 系统功能规定及应用环境 5
2.2 系统设计思想 5
2.3 总体设计方案构成 6
2.4 系统最后实现目的 7
2.5 硬件选用 7
2.5.1 无线收发模块选用 7
2.5.2 温湿度传感器选用 8
2.5.3 二氧化碳传感器选用 8
2.5.4 光照强度传感器选用 9
2.5.5 WIFI模块选用 10
2.6 本章小结 10
第3章 系统硬件设计 11
3.1 硬件整体设计 11
3.2 基于CC2530监测节点硬件设计 11
3.2.1 终端节点系统构造 12
3.2.2 Zigbee模块电路原理 12
3.2.3 协调器电路原理 13
3.2.4 终端节点电路设计 14
3.2.5 电源模块设计 15
3.3 视频模块设计 15
3.3.1 WIFI与视频连接电路设计 15
3.3.2 WIFI模块外围电路设计 16
3.4 本章小结 17
第4章 软件设计 18
4.1 软件环境及使用语言 18
4.2 监测节点程序设计 18
4.2.1 传感器模块程序设计 20
4.3 接受数据模块程序设计 21
4.4 上位机设计 22
4.4.1 上位机软件和语言 22
4.4.2 上位机模块设计 23
4.5 本章小结 25
第5章 系统调试 27
5.1 硬件模块调试 27
5.1.1 DHT11调试 27
5.1.2 MG811和BH1750调试 27
5.1.3 摄像头调试 28
5.2 软件调试 29
5.2.1 IAR调试 29
5.2.2 上位机软件调试 30
5.2.3 视频调试 31
5.3 本章小结 31
结论 33
参照文献 34
附录一 40
附录二 56
道谢 56

第1章 绪论
1.1 选题背景和意义
中华人民共和国是农业大国，耕地面积也超过世界许多国家，受分布零散、环境恶劣、病虫害等因素影响，本来明显优势并没有得以体现，经济发展匮乏，致使中华人民共和国农业发展前景黯淡，但是科学技术腾飞，带动着各行各业向前迈进一大步，诸多发达国家把科学这个新助力注入到其她产业，获得效果非常明显，受到这种启发，国内也徐徐将眼光转向科技与各产业融合，完美实现了产业多元化。可是，农作物众多、各种环境参数无法预知，管理不及时、技术不成熟都导致科技农业发展迟缓，因而针对这些问题，实行对植物长势动态监测，是实现高效农业、提高农业管理水平必要手段，也是真正提高了土地运用率[1]。
针对老式农业问题，有线网络监测技术大规模使用，但是该种技术农业环境参数需要人工现场采集，周期读数，才干完毕整个系统监测目，然而这个方案有着诸多技术弊端，例如：人工定期读卡，数据仅仅是某一时刻数值，不是这段时间数据包，无法反映农作物真正生长状态；采集信息设备昂贵且笨重，安装困难，占地面积大，维修难度较大，电缆布线错综复杂，容易受环境影响氧化或腐化而受损，维修不及时，就会导致数据丢失，无法获得最新数据，况且监测范畴广大，放置设备时需要精确拟定位置，否则就会浮现监测漏洞，局部数据自然无法代表整体，打个比喻，要是调查全国男人身高，仅仅调查黑龙江男性身高并不能代表全中华人民共和国同样，这样结论太过狭隘，没有论证力度[2]；监测环境发生突变时，不能及时变化设备参数，系统稳定性差；设备容易损坏，监测数据无法发送到监测终端，容错性差。因而，这些因素催生了无线传感技术。
那究竟什么是无线传感技术？简朴说它是由无线通信和嵌入式两种技术杂交产生，功能是实现远程传播，并且不用布线，保证农作物种植面积，不用人工读取数据，节约人力，传感器抗干扰性强，数据采集精准，设备简朴且便宜，可以大规模安装，不但容易维修且不会浮现监测死角，这就使得数据具备代表性。无线传感技术简言之就是由各种传感器和无线传播模块构成一种无线传感器网络，与上位机结合，构成这个精准农业环境监测系统；咱们懂得，无线传播技术有诸各种，每一种也有不同原则和特点，本设计采集空气温湿度、二氧化碳浓度、光照强度这些环境参数，除此之外还采集了视频信号，达到全面实时监测，那么依照采集信息不同、传播速率、传播有效距离以及设计耗费等因素，在无线传播这里需要多加考虑，并不是每种无线技术都能达到设计原则，因此这就需要各种无线传感技术融合，那如下就依照这些微妙不同做一下简朴分析。
就像世界上有诸多不同人种同样，无线传感技术也有相应种类，咱们在设计本监测系统时就必要考虑种类问题，种类不同，特点不同；传播距离、传播速率、功耗、成本等，还需要接受上位机指令实现双向通信，当前被人们所熟知无线传播技术不外乎就是Zigbee、Wifi、蓝牙、第三代移动通信技术、红外等[3]；每一种均有自己与众不同特点，要懂得整个系统都是在野外长时间作业，因此，低功耗是选取无线传播技术硬性指标，一旦这个指标不符合，则不用再考虑，Zigbee技术和Wifi技术是比较适合，Zigbee最突出特点是短距离传播、功耗很低、实现数据双向通信，最核心就是成本很低，它构成了网络无非就是以自己为核心，其她传感器作为附属连接在核心上，这样就构成一种无线传播网络，只要节点足够多，它覆盖面积可以达到无限，就是由于这个特点，它可以随意扩展，可调性非常大，从另一方面看，跟GSM和CDMA有相似之处，却也存在不同，后者两个都是传播语音信号，这就与本设计不符合了，选用Zigbee模块作为传感器数据传播模块，它有三种传播速率，可以详细状况详细分析，有两种工作模式，多级休眠和唤醒，只需要依照上位机批示然后操作即可，可以减少功耗，而使用Wifi技术传播视频信号，由于Zigbee无法实现视频实时传播，虽然辨别率足够低且能打包压缩也无法实现实时监测，就算上述因素满足，带宽和传播速率也不能达到传播视频信号规定，除此之外，Zigbee只能传播容量较小数据，例如温湿度、二氧化碳浓度等，而对于视频信号这样容量大数据则不可，并且本视频采集只是一种固定采集点，它采集半径在100m之内所有视频信息，因此对比传播距离，Zigbee传播距离较短于Wifi，因此，综合考虑Wifi更加适合[4]。
1.2 国内外研究现状
国外发达国家农业发展自身起步就很早，虽然土地面积不如中华人民共和国辽阔，但是小却精，并且经济水平要远比中华人民共和国高、科技力量先进，采用了模糊控制、多单元变量等先进技术对农业进行控制，当20世纪接近尾声时候，计算机发展号角响起，各国学者都争先恐后但愿以计算机为依托做出更多贡献，显然计算机技术具备足够大魅力，引领着研究人员将科技运用到各种行业当中。结合不同农作物最佳生产条件，调节外部设备，设立不同环境参数，改进生长环境，赚取更多经济收益。
据调研发现，早在 年时，英特尔公司运用无线传感器网络技术建立了第一种无线葡萄园，此举为农业发展开辟了历史性新篇章[5]。虽然原理比较简朴，操作也相对容易，可毕竟技术有限，因此只能按照想法简朴实行，将大量监测节点零散安装在葡萄园里，形成一种包围型网络，将传感器采集模式设定成每隔一分钟检测一次温湿度，除此之外，该区域出既有害物数量也会被记录，监测人员通过显示数据予以恰当办法，保证其生长最佳。在整个实验中，研究人员发现，葡萄生长重要受气候影响，气候特别恶劣，葡萄到不到预期原则，酒品质自然也随之减少。通过常年合计大量数据，进行多角度对比分析，运用既有设备，良好掌握了葡萄动态生长的确和环境参数息息有关，精准掌握葡萄生长过程中所需要光照强度、二氧化碳浓度、风力强度、以及土壤PH等酸碱度，拟定了这些因素，就能通过人工手段创造一种最适合葡萄生长环境，从而获得最大生产量。
受到国外成功案例启发，国内也紧追其后，北京市筹划项目“蔬菜生产智能网络传感器体系研究与应用”[6]，详细做法非常简朴，就是把蔬菜大棚提成诸各种单元，就像居民楼同样，一种单元当作一种监测区，每个监测区内都放置几种监测节点，用来采集这个单元内环境参数信息，并且，区域与区域之间覆盖网络范畴并不重叠，也就是每个传感器所能达到最大监测范畴边沿也恰是另一种传感器监测范畴边沿，这样既满足网络不重叠，也保证采集高效。通过这些环境参数数据对比，人为强制性变化其中某一参数，使其达到最佳生长状态。也就是说无线传感设备、监测者、控制中心形成一条监测纽带，实现人机一体化，从而达到预期目、增长管理者收入。
另一方面，由于物联网技术飞速发展，农业发展比较集中地区成为了试点对象，，黑龙江省克东县就作为智慧农业实验对象，依照国家发展项目规定，勉励智慧农业，国家会给项目提供实验资金，协助整个项目顺利实行，通过大面积投产、使用，意图达到令人满意成果。
无论是对无线传感器网络还是对农业来说都是极致发挥了自身最大长处[6]，它安装简朴，价格便宜、无需管理者耗费大量时间管理，给管理者提供了前所未有便利，真真正正实现农业环境动态管理，总体来说，农作物环境信息采集加上控制中心监测完美构建了一种无线监测平台，这个监测平台以最低投入、最简朴管理、最高效回报。
1.3 本文内容及安排
论文一方面阐述了选题意义和背景，长时间调研，以为此课题具备研究意义并具备可行性，另一方面理解选题国内外研究现状，参照国内外无线传感器网络在农业环境监测方面案例以及未突破难点等，掌握系统设计所使用核心技术和技术原理，清晰掌握设计思路，在这之后就要涉及详细设计流程了，一方面就是整体设计方案，这点很重要，一种清晰设计方案可以高效完毕工作，另一点就是元件选用，这一点同样重要，元件种类繁多并且各不相似，因此，综合各种因素选取适当元件也是整个设计核心之一，此外就是软件设计，这一点需要考察就是设计者编写程序能力，有些程序是开源免费，但是有些程序则需要依照不同硬件编写，本设计中传感器诸多，但是大体思路几乎相似，因此设计起来并不是很困难，那最重要算是上位机了，所谓监测系统必然是监测最重要，这就需要对上位机软件选用规定比较高，设计界面不能过于复杂，但是也不能十分简朴，要有独到设计特点，便于管理者分析等等[7]。最后针对典型环境监测应用，对系统传播性能进行实验，并将该系统对得到检测成果进行储存、分析和解决。那么，论文重要内容如下：
第一章 绪论这一章内容并不复杂，背景和意义一定要清晰，这也是选取本设计题目根据，国内外研究现状，依照国内外现状，开发本设计特色，然后就是论文内容安排，清晰梳理思路，保证论文撰写。
第二章 这一章详细简介整体设计方案和核心技术，一种好设计方案会使得设计清晰，若是哪里出错，依照设计方案回头一步一步找即可，还要阐明，系统完毕之后能到什么样功能以及这个设计可以应用在什么样环境下，还涵盖了硬件选用，涉及传感器各种型号分析、无线传播模块分析，选取最佳型号。
第三章 这一章是本论文核心章，重要论述了整体硬件设计，除了重要简介整体硬件设计方案，还会一块一块解读，涉及无线传播模块如何进行电路设计，考虑了那些因素，详细如何连接引脚等。
第四章 此章也是论文核心章节，同硬件类似，先是总体讲述设计理念，然后对各个某些逐个解读，设计还涉及了软件选取和使用语言简述。
第五章 此章简介整个系统设计调试，到了这章，整个设计大概完毕了，但是还需进一步对硬件和软件进行调试。

第2章 系统整体设计方案和核心技术
2.1 系统功能规定及应用环境
随着人们生活水平提高，农业生产迟钝化、笨重化问题,老式农作物生产已远远不能满足人们规定。并且时代在进步，科技在发展，每一天都会有惊喜浮现，无线通信技术、传感器技术,带动着咱们更加向前，人们不满足这样笨拙监管方式，对其提出了更高需求，不但仅是投入更少、收入更多，更多是效率和方式，高效率工作方式给咱们带来足够便利，因而，正是由于这些因素催生了本监测系统。
基于无线传感器网络精准农业环境监测系统设计可实现如下功能:
(1) 能完毕农业环境中温湿度、二氧化碳浓度、光照强度采集。
(2) 能完毕以上采集数据无线传播。
(3)能完毕农业大棚内视频采集。
(4)能完毕视频无线传播。
(5)上位机显示接受所有数据和视频，若超过设定阈值就会报警提示。
本系统重要应用于集中性农业大棚或温室，便于监测者对农作物生长环境进行监测，为监测者建立起良好农作物监测机制。
2.2 系统设计思想
本系统采用无线传感器网络技术，实现从温室大棚采集植物生长所需要环境参数，以及病虫害状况，将采集数据通过协调器传送到上位机，与上位机设定阈值比较，若是超过这个范畴，上位机提示，告诉监测者，此时参数超过原则，需要调节外围设备控制整个大棚环境达到农作物生长最优范畴；此外，整个系统还涉及了视频采集技术，这某些使用摄像头直接采集图像，观测整个监测区域与否有病虫害，若是有病虫害状况，就会通过上位机显示视频观测到，从而采用相应办法，使整个农业环境达到最佳，从而实现精准农业环境监测目。在此过程运用ZigBee技术、无线传感器技术、Wifi技术、视频监控技术从农业到管理中心进行全面监测。这个监测系统可以达到耗费少、收入多效果，从主线上改进老式农业。
一方面，咱们把一种农业大棚作为一种实验对象，在实验对象内分区，将每个区域作为一种监测单元，每一种监测单元内放置两个传感器节点，这两个传感器节点作为终端节点，它们任务就是精准采集农作物生长环境参数。而另一某些则采用Wifi加视频技术，可以全面监测整个大棚整体环境状况，对监测农作物病虫害有极大协助，然后依照两个某些回传给监测中心数据，进行数据判断，若是，采集参数不再设定温度范畴，便会采用报警机制，告知监测人员，监测人员使用对的手段，更能满足农作物生长需要。
2.3 总体设计方案构成
基于无线传感网络精准农业环境监测系统设计方案大概如下，依照各某些功能分为三大某些，分别为传感器节点采集某些、环境参数传播某些和视频监视某些。有两个终端节点，分别由一种Zigbee模块和四个传感器构成，两个终端节点通过协调器将数据回传给上位机[8]，另一某些则是采集视频信息以通过Wifi回传给上位机，这样在上位机上就会有一种相应数据显示，一旦采集数据超过设定数据,就会有报警提示，整体流程如图2-1所示。

上位机

CC2530
DHT11

MG811

协调器
BH1750

CC2530

DHT11

PC机

MG811

BH1750

WIFI模块

摄像头

图2-1 系统整体构造
那从上面整体构造图可以看出，硬件构造比较简朴，概括说就是将整体提成两个无线传播某些，一某些是核心是Zigbee模块，它连接三个传感器，传感器涉及DHT11、MG811和BH1750，采集必要参数，另一种某些是以Wifi作为核心无线传播某些，选取采集视频是奥速高清摄像头。
（1） 传感器模块重要负责采集农业大棚中温度、湿度、光照和二氧化碳这些数据[8]；
（2） ZigBee模块作用是负责将传感器模块测量到数据通过协调器将数据回传到上位机显示。
（3） Wifi模块作用将摄像头采集视频传播给上位机，上位机将这些数据进行存储、保存。
2.4 系统最后实现目的
以当前来看，这种监测系统已经实现，但是功能不齐全，技术不完善，因而并没有得到大面积推广使用，但是本设计不但解决了这些难点，并且将采集数据变得更加精准，使得本监测系统具备无限潜力。本设计通过实验，可以精准采集农作物生长环境温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、以及病虫害状况，通过两个无线传播模块分别成功将数据传播到上位机上显示，并能通过上位机精确观测出农作物生长各种指标显示。至此，达到了最后目的。
2.5 硬件选用
2.5.1 无线收发模块选用
无线传播技术诸多，相应无线收发模块业各种各样，适当模块会延长整个系统使用寿命，还可以节约成本。因而选取时，有几点要素值得设计者参照：
(1) 对芯片编写程序与否易行。
(2) 芯片外围元件与否复杂。冗杂外围必定会提高成本，使电路更加复杂。
(3) 功耗和发射功率要考虑在内 ，搭建电路与否稳定。
（4）数据位容纳范畴与否可以承受。
在传播农作物环境参数无线传播元件选取Zigbee模块，Zigbee模块事实上就是以CC2530为核心连接正常工作所需要外围电路，即可构成Zigbee模块，它组建一种网络主线不需要大量成本[9]，Zigbee模块详细参数如表2-1所示。
表2-1 ZigBee技术参数
名称
最小值
典型值
最大值
单位
电气性能:
供电电压
2.0
3.3
3.9
V
发射电流
30
40
50
mA
接受电流
25
27
30
mA
休眠电流
无
4

uA
无线传播性能：
发射功率
3.8
4.0
4.2
mW
接受敏捷度

-97

dBm
无线传播速率

250

kbps
2.5.2 温湿度传感器选用
这个器件确切定义就是，可以同步完毕温度和湿度数据采集元件，设计要素不同，需要传感器也不同，对于种植大棚或者温室，传感器安装方式必要选取悬挂式，若是安放在土壤上面，也许会受到一定腐蚀，都懂得传感器比较容易损坏，若是保证其正常运转，壁挂式则是非常好选取，因此，依照这些设计要点，对考虑在设计范畴内传感器对比看表2-2即可。
表2-2 三种型号温湿度传感器对比表
型号
JCJ175A
SHT11
DHT11
工作电压
24 V
2.4-5.5V
3.3-5.5V
测量精度
温度：≤±0.5℃
湿度：±3%RH
温度：±0.5℃
湿度：0-100%RH
温度：±2℃
湿度：±5%RH
测量范畴
湿度：0-100%RH
温度：0℃-50℃
湿度：0-100%RH
温度：40-123℃
湿度：20-90%RH
温度：0-50℃
观测上面对比表可以看出，JCJ175A所需工作电压太高，考虑到正常供电电压为5V，就需要设计一种升压装置，这就违背本系统设计理念，故不考虑。剩余两种传感器在工作电压上均达到了规定，可以暂时考虑，但是，对于测量精度温度上，SHT11比DHT11更加有优势，但是本比设计需要是温湿度传感器，不能单独考虑一种参数，应当将温度和湿度结合起来考虑，因此依照湿度测量精度，最后选取了DHT11。
那咱们懂得DHT11是兼顾采集和传感技术能输出数字信号传感器，内部构造非常简朴，具有电阻式感湿元件和测温元件，该传感器性价比高，精准度高，可设计性强，更适合在农业中应用。
2.5.3 二氧化碳传感器选用
对于人来说，想要健康生存，不但仅要有一种健康身体，更需要可以顺畅呼吸，固然植物也是如此，它们也需要顺畅呼吸，但是与人不同，它们吸进去是二氧化碳，因此说二氧化碳是其必不可少呼吸养料，并且植物还需要光合伙用，除了水之外，还需要足够二氧化碳，那为了保证二氧化碳浓度，咱们需要一种二氧化碳传感器来监测，可以让农作物顺畅呼吸，健康成长。
咱们懂得植物和人不同，需要二氧化碳浓度自是不同样，更何况植物需要实时采集数据，不能忽视是它需要被安装到户外，因此，要避免其她因素腐蚀，由于二氧化碳浓度范畴变化不大，所注意二氧化碳测量精度，越是精准越好，因而，对二氧化碳传感器选用非常重要，下面对几款器件进行对比，如表2-3所示[10]。
表2-3 三种不同二氧化碳传感器对比表
型号
MG811
Cirius-3
EMS-112
测量电压
≤24V
5V
5±0.5V
环境温度
温度：-40-70℃
湿度:≤95%RH
温度：-40-80℃
湿度：20-100％RH
温度：－20-70℃
湿度：0-100％RH
低功耗
≤1200mW
≤150mw
≤mw
那依照表可以看出，在农业环境中，结合电源供电电压可以选取两种，但是跟选取温湿度传感器同样，咱们考量要素不是一种，而是将各种因素综合，进行综合考量，在近乎相似环境，MG811响应时间更短，这就使得采集数据更加精准。
那MG811 二氧化碳传感器，MG811敏捷度高，低功耗、耗电少、响应时间和恢复时间都不超过两分种，可以真正实现对二氧化碳浓度实时采集，虽然在一天内二氧化碳量变化很大，也能持续不断监测二氧化碳变化量，因此，MG811是本设计最佳选取。
2.5.4 光照强度传感器选用
显然，除了二氧化碳、温湿度之外，影响农作物生长因素还涉及光照强度，一定光照强度才干促使农作物发生光合伙用，因此采集光照强度信息也必不可少，固然，对于大棚或者温室这样环境，本设计对比了如下三种传感器，以选用最佳地硬件设备采集，详细不同如表2-4所示。
表2-4 三种光照强度传感器对照表
型号
BT1750
NHZD10AI
RY-G/W
供电电压
3V-5V
7.5V-36V
12V-24V
量程
1-65535lx
0-lx
0-200klx
精度
±20%
±5%
±3%
这款BH1750内部具有16位模数转换器，不用做复杂信号转换计算，就可以直接输出一种数字信号，这个数字信号就是咱们所需要。这是一种更精良和容易使用简易电阻器版本，只需要计算电压，就能得到所需要数据，无需更多麻烦转换。BH1750和其她光照传感器不同，它可以通过光度计直接计算光度，简朴省事。简朴说，就是某一物体在均匀光照下每平米获得1lx光照量，它们光强度是1lx。有时为了充分运用光源，可以依照折射或者反射原理，增长一种装置，就能在其她方向获得更多光通量，以增长被照表面亮度。
2.5.5 WIFI模块选用
本设计Wifi模块事实上就是是带有无线覆盖功能路由器，它功能就是上网或者无线覆盖，或者说无线路由器就是一种转发器，它就是将宽带网络信号通过天线转发给附近可以捕获移动设备。
WR703N作为一种3G接入Wifi路由，将宽带信号通过天线转发给其她移动设备很容易，最高传播速度达到150Mbps，支持WDS无线桥接，有三个网络无线原则，分别是IEEE 802.11n、IEEE 802.11g、IEEE 802.11b；适当工作温度时0-40℃左右，湿度是10%-90%RH，很容易保存，温度-40-70℃即可，湿度在5%-90%RH范畴内，它采用了外置电源，尚有一种Micro USB接口，除了外置电源可以供电，还可以运用自身条件供电[11]。
2.6 本章小结
本章简介了系统整体设计方案，分别从系统功能规定及应用环境、系统设计思想、硬件总体方案构成以及元器件选取几种方面进行了阐述。对于硬件选取则是采用对比办法，对考虑范畴内元件逐个进行对比，选取一种最适合本系统设计硬件[12]。综合考虑因素涉及硬件价格、使用寿命等，这些因素基本都是系统设计需要注意要素，然后依照本系统自身所需求要素，完毕了对各种硬件选取，为下一章系统硬件设计提供指引思想。

第3章 系统硬件设计
3.1 硬件整体设计
为了便于设备维护以及扩展使用，将整个系统分为两某些，第一某些是Zigbee模块、以CC2530芯片为核心网络协调器、各种型号传感器构成，传感器分别是DHT11温湿度传感器、BH1750光照强度传感器和MG811二氧化碳传感器；第二某些重要有Wifi模块、奥速摄像头构成；两某些硬件工作原理非常简朴，Zigbee模块连接传感器作为传感器监测节点，协调器作为中转站，构建网络并把数据封装解决后传给上位机，而Wifi与摄像头某些采集是视频，Wifi模块通过破解之后，与摄像头通过USB连接，即可采集视频头像，可实现观测农作物与否有病虫害或者人为破坏等。两某些均将采集参数和视频传给上位机，然后通过上位机进行监测即可，详细系统硬件工作流程如图3-1所示。
打开监测节点开关

插上电源通过变压器供电

电源通过变压后供电

摄像头正常工作

N
传感器正常工作

采集视频
N Y

Y
采集数据
滤波电容滤波

Wifi模块正常传播
采集数据发送协调器给

N
协调器正常接受

N

Y Y
传送给上位机

图3-1 系统硬件工作流程图
3.2 基于CC2530监测节点硬件设计
3.2.1 终端节点系统构造
监测节点硬件系统构造如图3-2所示，在实际应用当中，由于需要监测节点长时间运营，规定硬件系统构造必要简朴，才干有效减少功耗。涉及：CC2530片上系统、32MHz系统时钟和32.768kHz实时时钟、调试接口、串行接口、天线、三个传感器以及为系统供电电池，尚有为电池充电接口，若是电池电量局限性，尚有外来供电，以免传感器节点短暂失效。整个节点系统十分省电，具备极低功耗，可以长时间运营需要，完全符合设计规定。
32.768KHz
实时时钟
Uart
接口

5V
电源
RF
AES

CC2530
MCU

FLASH
传感器
SRAM

32MHz
系统时钟
JATG
调试接口

图3-2 终端节点硬件系统构造
3.2.2 Zigbee模块电路原理
ZigBee重要有三种拓扑构造，为了便于设计，本设计采用是其中星形拓扑构造。Zigbee模块原理非常简朴，所谓Zigbee模块事实上就是一种CC2530核心芯片外加某些外围电路，固然这些外围电路必要涉及传感器接口用来连接采集数据传感器、程序下载接口用来调试程序、电源稳压电路将供电电压5V转换成3.3V、CH340串口驱动芯片，由于底板为USB转串口，配合ZigBee模块使用，安装USB驱动芯片后，可直接将USB口虚拟为串口。时钟烧写等必要电路，还需要一种切换开关，用来控制整个终端节点开与断，除此之外，整个ZigBee模块还外加了外部充电电路，当供电电池没电时，可以进行充电，让节点继续工作，节约了大量成本，模块工作批示灯，批示灯作用是提示当打开开关时，模块与否成功工作，其她不需要在连接电路时可以不用。Zigbee模块原理如图3-3所示。

图3-3 zigbee模块原理
在上图中可以看出，整个Zigbee模块上有一种核心板接口，核心板重要就是核心芯片CC2530，15引脚为接地引脚，16引脚为电源引脚，核心板上DD和DC是两条调试线，DC为调试时钟信号线，DD是调试数据线，引脚14为复位引脚，需要连接一种10K电阻。
传感器串口选取三个连接传感器使用，但是供应电源的确3.7V电池供电，这就需要一种转换电压芯片，达到适当3.3V供电工作，在Zigbee模块上尚有一种批示灯，批示灯电路比较复杂，它作用就是当开关打开时，批示灯亮，可以判断整个模块带电，此外，Zigbee模块上仿真器接口用来调试程序和下载程序，尚有一种USB转串口芯片CH340芯片，它构造很简朴，内部有20个引脚，在USB内部设立了上拉电阻引脚有1、UD+和UD-三个不同引脚，除此之外接地引脚、电源引脚、数据传播引脚也必不可少，它重要作用就是串口驱动，传播数据。
3.2.3 协调器电路原理
ZigBee网络协调器起始就是ZigBee网络一种类型设备，是整个网络中心，它负责功能涉及建立，维持和治理网络，