基于无线传感器网络的智能灌溉系统研究

上位PC机作为控制中心必须具备网络唤醒、数据处理、路由维护功能。C++Builder、Delphi和微软的Visual Basic都是可选的快速开发工具。上层软件功能由Delphi实现，考虑到点对点通信的可靠性，数据在底层无线传输中需要增加必要的协议规范。设计中对有效数据进行打包，格式为：前导码、地址、有效数据载荷、校验码。

6.2.1 串口通信格式

上位机与模块间的通信是通过异步串口来完成的。异步串口采用标准的串口格式，即1个起始位、8个数据位和1个停止位，传输速率为1 200 b／s。上位机与模块间的通信内容有两类，一类是数据，一类是命令。

6.2.2 数据及命令的区分

当上位机向模块传送信息时，DTR端的功能是指示串口信息的性质。若串口信息为命令，DTR端应置为逻辑“0”，若串口信息为数据，则DTR端应置为逻辑“1”。

当模块向上位机传送信息时，DSR端可用来指示串口信息的性质，若串口信息为命令，DSR端为逻辑“0”，若串口信息为数据，DSR端为逻辑“1”。当模块串口无数据发出时，DSR端的功能可指示模块是否可以接收上位机的信息，当模块准备好，可以接收上位机的信息时，此端为逻辑“0”；当模块不能接收计算机的数据时，此端为逻辑“1”。

6.2.3 命令和数据传送格式

SA68D21DL的命令传送格式为：

D7H 命令码H 参数H

其中，D7H为命令码的特征码，即字头。命令码为一字节长度，代表命令的性质。不同的命令码有不同的参数，模块在收到命令后，将根据命令码的不同，分析参数并执行命令。对于有些需要发送信令的命令，模块将根据命令的性质来发送相应的信令。当SA68D21DL在进行数据传送时，不论是上位机传给模块，还是模块传给上位机的数据，都采用无格式传送方式。

基于农田实际工程，采用平面路由协议DD(Directed Diffusion)定向扩散路由是一种以数据为中心的信息传播协议，与已有的路由算法有着截然不同的实现机制，运行DD的传感器节点使用基于属性的命名机制来描述数据，并通过向所有节点发送对某个命名数据的INTEREST(任务描述符)来完成数据收集。在传播INTEREST的过程中，指定范围内的节点利用缓存机制动态维护接收数据的属性及指向信息源的梯度矢量等信息，同时激活传感器来采集与该INTEREST相匹配的信息。节点对采集的信息进行简单的预处理后，利用本地化规则和加强算法建立一条到达目的节点的最佳路径。

6.3 主控软件程序设计

系统软件采用分层设计，包括硬件设备驱动层、操作系统层、应用程序接口层和应用软件层。软件系统结构如图7所示。操作系统选择小型的实时操作系统μC／OS-II是基于以下考虑：广州致远公司MiniARM嵌入式工控模块提供正版μC／OS-II实时操作系统在内的丰富软件资源，完整的软硬件架构只需专注于编写产品的应用程序。几行代码即可实现TCP／IP通信、CAN-BUS现场总线通信、USB通信和大容量存储等复杂功能，使嵌入式系统设计更加简洁方便。TCP／IP协议分为4层：链路层(ARP协议)、网络层(IP协议、ICMP协议)、传输层(TCP协议、UDP协议)、应用层(HTTP协议)。本系统的TCP／IP协议栈选择UIP1.0。

7 结语

本文研究了基于嵌入式系统而设计出来的智能广域农田供水系统，当检测到农田缺水信息时能够通过自动控制继电器来启动供水水泵，而且实现了远程GPRS通信，可以通过PC机来了解系统的运行状况并可对其控制，能够自动采集土壤信息来自行确定是否启动水泵为农田供水，这正符合我国农村的基本国情。

本系统操作简单，对系统改造一下，可以设计成庭院自动供水系统、温室自动供水系统和花园自动供水系统等，故本系统的可扩展性比较好，前景比较广阔。