基于物联网的智能浇花演示系统文档格式.doc

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一、基本原理 2

二、 基本硬件系统 2

2.1CC2530控制器 3

2.1.1CC2530引脚介绍 3

2.1.2CC2530功能介绍 5

2.1.3模块说明 6

2.2温、湿度采集模块 9

2.2.1传感器性能说明 10

2.2.2接口电路 10

2.2.3电源引脚 11

2.2.4穿行接口（两线双向） 11

2.3光照强度采集模块 11

2.4水位传感器及报警模块 12

2.5浇水和电机模块 12

三、软件系统的设计 13

3.1系统软件流程图 13

四、系统测试 13

五、设计总结 14

参考文献 15

致谢 16

附录 17

摘要

本次设计是设计一种单片机控制的自动浇水系统,实现室内盆花浇水的自动化系统。

该系统可对土壤的温湿度进行监控,并对作物进行适时、适量的浇水。

其核心是单片机和温湿度传感器以及浇水驱动电路构成的检测控制部分。

主要研究土壤湿度与浇水量之间的关系、浇灌控制技术及设备系统的硬件、软件编程各个部分。

设备是基于物联网CC2530的智能浇花系统,采用新型温湿度采集传感器、光敏采集传感器及智能主板（协调器）进行主体搭建,并由RS232转RJ-45的连接方式与主机或网关连接。

利用温湿度采集、光敏采集传感器等对环境数据进行采集,由协调器控制和调度电机、灯光等设备。

目的是实现新型农业中的自动化控制,改进农业生产效率。

系统通过大量实验,完成了协调器的总控作用和各节点的采集及调度工作,实现了从采集到传输、处理,再到调度的自动化流程,并在实验中得到了性能的改进。

关键词：

物联网智能浇花传感器CC2530

一、基本原理

本设计为基于物联网CC2530芯片的智能浇花系统。

其基本原理是通过湿度、温度、光强度传感器来探测盆栽植物土壤的湿度和该植物适宜生长的温度和光照强度来控制植物生长需求，进而让植物更好生长。

设定植物最佳生长温度区间15~25︒C，土壤湿度为10~20%RX，光照强度为10~20X,那么当各指标在正常值区间内则植物安全生长，当各指标低于或高于上下限峰值时，则系统自动报警，提示主人，并且当湿度低于下限指标时，由控制器发送命令到电机，电机转动带动微型水泵开始给植物补水，若湿度超过上限值，则电机停止工作补水完成。

本设计还有一个水箱模块，其原理是通过水位传感器来保证水箱水位正常，同样设定水箱水位为30~50cm为正常，而当水位高于或低于上下限值是，系统自动报警提示水量不足。

CC2530控制器

水位模块

报警模块

浇水模块

光照强度采集模块

土壤湿度采集模块

温度采集模块

电机模块

电源

二、基本硬件系统

2.1CC2530控制器

CC2530设备系列使用的8051CPU内核是一个单周期的8051兼容内核，它有三个不同的存储器访问总线（SFR、DATA和CODE/XDATA），以单周期访问SFR、DATA和主SRAM。

它还包括一个调试接口和一个18输入的扩展中断单元。

CC2530是用于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。

它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。

CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其它强大的功能。

CC2530有四种不同的闪存版本：

CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB的闪存。

CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。

运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。

2.1.1CC2530引脚介绍

引脚名称引脚引脚类型描述

AVDD128电源（模拟）2-V–3.6-V模拟电源连接

AVDD227电源（模拟）2-V–3.6-V模拟电源连接

AVDD324电源（模拟）2-V–3.6-V模拟电源连接

AVDD429电源（模拟）2-V–3.6-V模拟电源连接

AVDD521电源（模拟）2-V–3.6-V模拟电源连接

AVDD631电源（模拟）2-V–3.6-V模拟电源连接

DCOUPL40电源（数字）1.8V数字电源去耦。

不使用外部电路供应。

DVDD139电源（数字）2-V–3.6-V数字电源连接

DVDD210电源（数字）2-V–3.6-V数字电源连接

GND-接地接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面。

GND1，2，3，4未使用的引脚连接到GND

P0_019数字I/O端口0.0

P0_118数字I/O端口0.1

P0_217数字I/O端口0.2

P0_316数字I/O端口0.3

P0_415数字I/O端口0.4

P0_514数字I/O端口0.5

P0_613数字I/O端口0.6

P0_712数字I/O端口0.7

P1_011数字I/O端口1.0-20-mA驱动能力

P1_19数字I/O端口1.1-20-mA驱动能力

P1_28数字I/O端口1.2

P1_37数字I/O端口1.3

P1_46数字I/O端口1.4

P1_55数字I/O端口1.5

P1_638数字I/O端口1.6

P1_737数字I/O端口1.7

P2_036数字I/O端口2.0

P2_135数字I/O端口2.1

P2_234数字I/O端口2.2

P2_333数字I/O模拟端口2.3/32.768kHzXOSC

P2_432数字I/O模拟端口2.4/32.768kHzXOSC

RBIAS30模拟I/O参考电流的外部精密偏置电阻

RESET_N20数字输入复位，活动到低电平

RF_N26RFI/ORX期间负RF输入信号到LNA

RF_P25RFI/ORX期间正RF输入信号到LNA

XOSC_Q122模拟I/O32-MHz晶振引脚1或外部时钟输入

XOSC_Q223模拟I/O32-MHz晶振引脚2

2.1.2CC2530功能介绍

2.1.2.1RF/布局

–适应2.4-GHzIEEE802.15.4的RF收发器

–极高的接收灵敏度和抗干扰性能

–可编程的输出功率高达4.5dBm

–只需极少的外接元件

–只需一个晶振，即可满足网状网络系统需要

–6-mm×

6-mm的QFN40封装

–适合系统配置符合世界范围的无线电频率法规：

ETSIEN300328和EN300440（欧洲），FCCCFR47第15部分（美国）和ARIBSTD-T-66（日本）

2.1.2.2低功耗

–主动模式RX（CPU空闲）：

24mA

–主动模式TX在1dBm（CPU空闲）：

29mA

–供电模式1（4μs唤醒）：

0.2mA

–供电模式2（睡眠定时器运行）：

1μA

–供电模式3（外部中断）：

0.4μA

–宽电源电压范围（2V–3.6V）

2.1.2.3微控制器

–优良的性能和具有代码预取功能的低功耗8051微控制器内核

–32-、64-或128-KB的系统内可编程闪存

–8-KBRAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力

–支持硬件调试

2.1.2.4外设

–强大的5通道DMA

–IEEE802.5.4MAC定时器，通用定时器（一个16位定时器，一个8位定时器）

–IR发生电路

–具有捕获功能的32-kHz睡眠定时器

–硬件支持CSMA/CA

–支持精确的数字化RSSI/LQI

–电池监视器和温度传感器

–具有8路输入和可配置分辨率的12位ADC

–AES安全协处理器

–2个支持多种串行通信协议的强大USART

–21个通用I/O引脚（19×

4mA，2×

20mA）

–看门狗定时器

2.1.3模块说明

2.1.3.1CPU和内存

CC253x芯片系列中使用的8051CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。

它有三种不同的内存访问总线（SFR，DATA和CODE/XDATA），单周期访问SFR，DATA和主SRAM。

它还包括一个调试接口和一个18输入扩展中断单元。

中断控制器总共提供了18个中断源，分为六个中断组，每个与四个中断优先级之一相关。

当设备从活动模式回到空闲模式，任一中断服务请求就被激发。

一些中断还可以从睡眠模式（供电模式1-3）唤醒设备。

内存仲裁器位于系统中心，因为它通过SFR总线把CPU和DMA控制器和物理存储器以及所有外设连接起来。

内存仲裁器有四个内存访问点，每次访问可以映射到三个物理存储器之一：

一个8-KBSRAM、闪存存储器和XREG/SFR寄存器。

它负责执行仲裁，并确定同时访问同一个物理存储器之间的顺序。

8-KBSRAM映射到DATA存储空间和部分XDATA存储空间。

8-KBSRAM是一个超低功耗的SRAM，即使数字部分掉电（供电模式2和3）也能保留其内容。

这是对于低功耗应用来说很重要的一个功能。

32/64/128/256KB闪存块为设备提供了内电路可编程的非易失性程序存储器，映射到XDATA存储空间。

除了保存程序代码和常量以外，非易失性存储器允许应用程序保存必须保留的数据，这样设备重启之后可以使用这些数据。

使用这个功能，例如可以利用已经保存的网络具体数据，就不需要经过完全启动、网络寻找和加入过程。

2.1.3.2时钟和电源管理

数字内核和外设由一个1.8-V低差稳压器供电。

它提供了电源管理功能，可以实现使用不同供电模式的长电池寿命的低功耗运行。

有五种不同的复位源来复位设备。

2.1.3.3外设

CC2530包括许多不同的外设，允许应用程序设计者开发先进的应用。

调试接口执行一个专有的两线串行接口，用于内电路调试。

通过这个调试接口，可以执行整个闪存存储器的擦除、控制使能哪个振荡器、停止和开始执行用户程序、执行8051内核提供的指令、设置代码断点，以及内核中全部指令的单步调试。

使用这些技术，可以很好地执行内电路的调试和外部闪存的编程。

设备含有闪存存储器以存储程序代码。

闪存存储器可通过用户软件和调试接口编程。

闪存控制器处理写入和擦除嵌入式闪存存储器。

闪存控制器允许页面擦除和4字节编程。

I/O控制器负责所有通用I/O引脚。

CPU可以配置外设模块是否控制某个引脚或它们是否受软件控制，如果是的话，每个引脚配置为一个输入还是输出，是否连接衬垫里的一个上拉或下拉电阻。

CPU中断可以分别在每个引脚上使能。

每个连接到I/O引脚的外设可以在两