基于電力線載波的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和集控器設(shè)計(jì)

張向飛，丁永生，王運(yùn)圣（上海市農(nóng)業(yè)委員會(huì)信息中心，上海　005；東華大學(xué)，上?！?005；上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所，上海數(shù)字農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，上?！?40）

基于電力線載波的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和集控器設(shè)計(jì)

張向飛1，2，丁永生2，王運(yùn)圣3*
（1上海市農(nóng)業(yè)委員會(huì)信息中心，上海200335；2東華大學(xué)，上海200051；3上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所，上海數(shù)字農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海201403）

提出了一種基于電力線載波技術(shù)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集控器和測(cè)控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，主要介紹采用單片機(jī)和PLCC設(shè)計(jì)集控器和測(cè)控一體節(jié)點(diǎn)的電路板方案與軟件功能，并對(duì)其性能與特點(diǎn)進(jìn)行討論。采用電力線載波通訊技術(shù)組成的測(cè)控系統(tǒng)，只要簡(jiǎn)單地把集控器和節(jié)點(diǎn)接在同一根電力線上，它們就可以通過(guò)自定義的通信協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)、通信。集控器主要功能：負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信，通過(guò)觸摸液晶顯示屏查看節(jié)點(diǎn)采集上傳的信息，發(fā)送控制信息給節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)主要功能：通過(guò)連接在節(jié)點(diǎn)上的不同類型傳感器，對(duì)農(nóng)業(yè)土壤和環(huán)境信息的實(shí)時(shí)采集和傳輸；節(jié)點(diǎn)接收到集控器下發(fā)的控制信息，執(zhí)行模塊和機(jī)構(gòu)對(duì)農(nóng)業(yè)設(shè)施大棚和溫室、水肥一體化等設(shè)施設(shè)備進(jìn)行控制。系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)本增效、控制農(nóng)業(yè)面源污染等起到積極的作用。

電力線載波通信；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；集控器；節(jié)點(diǎn)

電力線載波通信（Power line carrier communication）出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代初期［1］，是利用已有的低壓配電網(wǎng)作為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換的一種手段［2］。電力線通信方式發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器先將數(shù)據(jù)調(diào)制到一個(gè)高頻載波上，再經(jīng)過(guò)功率放大后通過(guò)耦合電路耦合到電力線上［3］。輸電線在輸送工頻電流的同時(shí)傳送載波信號(hào)，既經(jīng)濟(jì)又十分可靠。信號(hào)頻帶峰峰值電壓一般不超過(guò)10 V，不會(huì)對(duì)電力線路造成不良影響［4］。在以數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信為主干線的覆蓋全國(guó)的電力通信網(wǎng)絡(luò)已初步形成、多種通信手段競(jìng)相發(fā)展的今天，電力線載波通信仍然是全球電力系統(tǒng)應(yīng)用區(qū)域最廣泛的通信方式，是電力通信網(wǎng)重要的通信手段［5］。

在技術(shù)上，當(dāng)前的電力線載波通訊不再是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊的范疇，而是突出開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的概念，使得每個(gè)控制節(jié)點(diǎn)（受控設(shè)備）組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制［6-7］。在電力線載波應(yīng)用上具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)概念的企業(yè)不多，國(guó)外的有Echelon公司的Lonworks網(wǎng)絡(luò)［8］，國(guó)內(nèi)的有KaiStar（凱星電子）電力線載波遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)［9］，Risecomm（瑞斯康）公司的瑞斯康智能控制網(wǎng)絡(luò)［10］。他們的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都是根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議EIA 709.1，EIA 709.2編寫的［11］。電力線載波通信在遠(yuǎn)程抄表，路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控、工業(yè)智能化、智能建筑等方面?zhèn)鹘y(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［12-14］。

隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能家居的發(fā)展，智能家居行業(yè)也優(yōu)先考慮用電力線作載體傳輸控制信號(hào)，目前最普遍應(yīng)用是一個(gè)開放的國(guó)際家居自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)X10，它通過(guò)普通家庭電力線網(wǎng)來(lái)傳輸控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭電力線網(wǎng)上的燈和家用電器的各種智能控制。是起源最早、設(shè)備最便宜和最容易實(shí)現(xiàn)的技術(shù)［15］。在美國(guó)，有35%的美國(guó)家庭在使用X10智能家居產(chǎn)品，現(xiàn)在基于X10的智能家居產(chǎn)品是世界應(yīng)用最廣泛的智能家居產(chǎn)品［16］。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式變革的重要支撐，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、裝備農(nóng)業(yè)是推動(dòng)信息化與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化融合的重要切入點(diǎn)［17］，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也是農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的重要數(shù)據(jù)來(lái)源之一。目前，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還處在不斷摸索完善的階段，需要引進(jìn)其他行業(yè)應(yīng)用的成熟技術(shù)，進(jìn)行消化、吸收、發(fā)展和創(chuàng)新，研發(fā)具有自主技術(shù)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，從軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)上獲得突破，創(chuàng)造出符合國(guó)情的實(shí)用型農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

1　電力線載波技術(shù)概述

電力線載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力線載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。近年來(lái)，隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，電力行業(yè)傳統(tǒng)的電力線載波通信技術(shù)己經(jīng)開始向數(shù)字化方向發(fā)展。數(shù)字電力線載波采用正交頻分多路復(fù)用技術(shù)調(diào)制、前向糾錯(cuò)、交叉糾錯(cuò)、自動(dòng)重發(fā)和信道編碼等技術(shù)，具有多信道傳輸、較高傳輸速率、有效頻譜利用率和較強(qiáng)抗突發(fā)干擾噪聲能力等特點(diǎn)，可以保證信息傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。電力線載波最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中引入電力線載波技術(shù)，可以利用現(xiàn)成的供應(yīng)節(jié)點(diǎn)電力線傳輸數(shù)據(jù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的有線電纜物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控制系統(tǒng)，不需要專門鋪設(shè)232、485或CAN總線等測(cè)控線路，基于電力線載波通信技術(shù)的測(cè)控制系統(tǒng)硬件成本和施工難度能夠大大降低［18-19］。相比較無(wú)線方式的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，電力線載波一方面可以用電纜線為節(jié)點(diǎn)和控制設(shè)備供電，解決無(wú)線節(jié)點(diǎn)的能耗電源問(wèn)題，降低了節(jié)點(diǎn)的成本，另一方面又可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

基于電力線載波通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，本研究設(shè)計(jì)了基于電力線載波技術(shù)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)分為集控器和節(jié)點(diǎn)，共同構(gòu)成星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)及面的控制方式，作為現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)硬件的補(bǔ)充。

2　電力線載波基本原理

2.1傳輸方式

電力線載波通信是通過(guò)將信號(hào)頻率變換到適合線路傳輸?shù)妮^高的頻率上傳送給對(duì)方，對(duì)方接收到信號(hào)后再經(jīng)過(guò)反變換的方式恢復(fù)成原來(lái)信號(hào)（圖1）。

通常傳送上邊帶（F+f）、下邊帶（F-f）兩個(gè)邊帶和載頻分量的方式稱為雙帶制，只傳送一個(gè)邊帶，另一個(gè)邊帶與載頻被抑制的方式稱作單邊帶抑制載頻傳輸。本研究采用單邊帶抑制載頻傳輸方式。

載波通信為實(shí)現(xiàn)載波通信系統(tǒng)的雙向通信，通常傳輸方式有兩種：一是采用雙頻帶二線制傳輸，在同一對(duì)導(dǎo)線上，兩個(gè)傳輸方向上采用兩個(gè)不同的傳輸頻帶，以區(qū)分收信和發(fā)信兩種不同的信號(hào)；二是單頻帶四線制傳輸方式，兩個(gè)傳輸方向上采用相同的傳輸頻帶。本研究采用雙頻帶二線制傳輸。

2.2 擴(kuò)頻通信

擴(kuò)頻通信是用偽隨機(jī)編碼將待傳送的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸，在接收端則采用同樣的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，其工作原理如圖2所示。

根據(jù)香農(nóng)公式：C=W×log2（1+P/N），公式中 C為信道容量，W為頻帶寬度，P/N為信噪比。式中指出，頻帶W和信噪比P/N是可以互換的，這意味著如果增加頻帶的寬度，就可以在較低的信噪比的情況下用相同的信息率以任意小的差錯(cuò)概率來(lái)傳輸信息。這就是用擴(kuò)展頻譜的方法獲得的好處，也是擴(kuò)頻通信的核心所在［20］，本研究也采用擴(kuò)頻通信的方式。

圖1　變頻器示意圖Fig.1　Schematicdiagram of frequency converter

圖2　擴(kuò)頻技術(shù)原理Fig.2　Schematicdiagram ofspreadspectrum technology

2.3壓降計(jì)算

直流電力線載波的應(yīng)用中，在項(xiàng)目正式實(shí)施前能準(zhǔn)確的計(jì)算出線上的直流壓降是項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的基本保證。在計(jì)算點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直流線上壓降時(shí)，根據(jù)U=I×R公式，恒定的功率需求條件下，公式里帶入遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的I和U不同時(shí)，線上壓降值是不同的。在計(jì)算中只知道遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)連接的傳感器和設(shè)備的工作功耗以及待機(jī)功耗，P=U×I會(huì)有多種U×I的組合。用逼近算法，通過(guò)增量來(lái)盡可能多的帶入多種P=U×I的組合。主機(jī)的電壓曲線都是V字曲線，最大值往往很高，也會(huì)有個(gè)最低值。這個(gè)最低值就是工程上需要考慮的值。由于直流載波項(xiàng)目的直流電源是恒壓源，在遠(yuǎn)端設(shè)備受電后其電流是經(jīng)歷從零逐步上升的過(guò)程，所以當(dāng)U×I=P滿足遠(yuǎn)端設(shè)備需求后電流就不再增加了，此時(shí)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的就是該V字曲線的波谷的位置。通過(guò)壓降計(jì)算得出，本研究采用36 V直流輸出，保障每個(gè)集控器管理和連接128個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以滿足生產(chǎn)上的實(shí)際需求（圖3，引自www.bestrong-tech.com/page78.html？article_id=6）。

圖3　計(jì)算線上壓降的V字結(jié)果曲線Fig.3　V word result curve for calculating the pressuredrop on the line

3　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1集控器和節(jié)點(diǎn)連接

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為兩大部分（圖4）：集控器和節(jié)點(diǎn)，分別使用集成在兩者內(nèi)部的電力線載波模塊實(shí)現(xiàn)集控器和節(jié)點(diǎn)之間的通訊，電力線載波模塊是以電力線作為傳送信號(hào)媒介，這樣的傳送途徑可以使信號(hào)受到更小的干擾。

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

集控器由數(shù)字鍵盤、觸摸液晶屏、開關(guān)電源電路、單片機(jī)處理、電力線載波等模塊組成（圖5）。

圖4　集控器和節(jié)點(diǎn)連接示意圖Fig.4　Schematicdiagram of centralized controller and node connection

圖5　系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.5　System architecturediagram

感知模塊由單片機(jī)處理模塊、電力線載波電路、傳感器變送和控制信號(hào)輸出等模塊組成。

整個(gè)系統(tǒng)的控制可以集控器端使用觸摸屏或數(shù)字鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的人工控制管理，也可以通過(guò)上位機(jī)派發(fā)管理指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理和智能管理，也可以通過(guò)pc端或移動(dòng)端連接到云端來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的管理和控制功能。

以現(xiàn)場(chǎng)管理為例，通過(guò)在集控器LCD屏幕上觸摸選擇，產(chǎn)生中斷信號(hào)，經(jīng)芯片處理后，轉(zhuǎn)換為各個(gè)控制信號(hào)，由芯片的串口發(fā)出，通過(guò)電力線載波模塊將信號(hào)加載至電力線，然后和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，也就是控制信號(hào)流動(dòng)到了節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行模塊和感知模塊的接收電路部分。接收電路首先將信號(hào)通過(guò)電力線載波模塊解調(diào)后送入單片機(jī)。執(zhí)行模塊經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理和識(shí)別，繼而通過(guò)單片機(jī)控制可控硅來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用電設(shè)備的控制。在感知模塊中經(jīng)過(guò)單片機(jī)信息處理，控制傳感器各種數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。

系統(tǒng)提供了三種控制方式：智能控制、自動(dòng)控制和人工控制。人工控制是在集控器的液晶屏上顯示出控制頁(yè)面，由用戶直接操作的控制，很大程度上方便用戶的使用和提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集控器與節(jié)點(diǎn)之間的集中化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化控制。

4　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

4.1集控器硬件電路設(shè)計(jì)

集控器主控板設(shè)計(jì)：提供BOOTLOADER燒錄接口spi對(duì)Atmel 2560編程控制；設(shè)計(jì)的通訊模塊可以兼容電力線載波通訊模塊及藍(lán)牙、WiFi、ZigBee等各種無(wú)線通訊模塊；集控器應(yīng)用電力線載波通訊時(shí)由開關(guān)電源模塊供電，采用無(wú)線通訊模塊時(shí)，由外部電源供電；提供12key的GPI接口（3×4陣列）；提供TTL串口觸摸屏接口（主板供電）；支持串口升級(jí)軟件（圖6）。

圖6　集控器設(shè)計(jì)圖Fig.6　Schematicdiagram of centralized controller

集控器通訊模塊設(shè)計(jì)（圖7）：對(duì)應(yīng)主控模塊兼容無(wú)線模塊針腳定義，可以根據(jù)實(shí)際使用替換；提供向主板模塊12 VdC輸出；支持9—36 VdC，20 A外部電源輸入；支持9—36 VdC，20 A的2線制直流電力線載波輸出。

圖7　測(cè)控節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)圖Fig.7　Schematicdiagram of node

4.2集控節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)

測(cè)控節(jié)點(diǎn)硬件框架和集控器一樣，也選擇相同的芯片，通過(guò)對(duì)不同針腳的定義來(lái)提供不同的功能，進(jìn)一步降低了硬件設(shè)計(jì)成本和產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

測(cè)控節(jié)點(diǎn)主控板設(shè)計(jì)：提供BOOTLOADER燒錄接口spi對(duì)Atmel 2560編程控制；設(shè)計(jì)的通訊模塊可以兼容電力線載波通訊模塊及藍(lán)牙、WiFi、ZigBee等各種無(wú)線通訊模塊；集控器應(yīng)用電力線載波通訊時(shí)由開關(guān)電源模塊供電，采用無(wú)線通訊模塊時(shí)，由外部電源供電；支持串口升級(jí)軟件；提供6路傳感器輸入接口和2路控制輸入接口。

測(cè)控節(jié)點(diǎn)通訊模塊設(shè)計(jì)：對(duì)應(yīng)主控模塊兼容無(wú)線模塊針腳定義，可以根據(jù)實(shí)際使用替換；提供向主板模塊12 VdC輸出；支持9—36 VdC，20 A的2線制直流電力線載波輸入。

4.3用戶系統(tǒng)采用串行接口

電力線載波模塊使用TTL電平串口與用戶系統(tǒng)進(jìn)行連接，并使用交叉連接方式進(jìn)行連接，通訊采用收、發(fā)、地三線制方式。本研究的用戶系統(tǒng)也采用TTL電平串口，可以直接使用單片機(jī)的串行接口與模塊進(jìn)行交叉連接通訊，無(wú)須RS 232電平轉(zhuǎn)換（圖8）。

圖8　用戶系統(tǒng)與載波模塊通訊連接Fig.8　The communication connection between the usersystem and the carrier module

5　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件分為集控器和測(cè)控節(jié)點(diǎn)的嵌入式軟件、上位機(jī)軟件、云端軟件和移動(dòng)端軟件等四大部分。云端軟件一套，可以和分散在各地的上位機(jī)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的交互，每個(gè)上位機(jī)可以管理和控制若干個(gè)集控器，每個(gè)集控器可以管理和控制若干個(gè)測(cè)控節(jié)點(diǎn)。本文僅簡(jiǎn)要介紹集控器和測(cè)控節(jié)點(diǎn)的嵌入式軟件設(shè)計(jì)。

5.1集控器嵌入式軟件設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)電力線載波調(diào)制解調(diào)模塊、MCU芯片、液晶屏和電源電路性能分析，軟件執(zhí)行流程為：上電后，先和上位機(jī)連接通訊，獲取上位機(jī)下發(fā)的配置表和控制指令，通過(guò)MCU芯片處理，將控制終端命令借助電力線載波電路調(diào)制到電力線發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行模塊的控制。MCU芯片通過(guò)串口接收電力線載波調(diào)制解調(diào)模塊解調(diào)下來(lái)的信息，并且對(duì)信息解釋、處理和顯示。在MCU芯片中嵌入多任務(wù)、占先式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和多任務(wù)的要求。

圖9　集控器主流程圖Fig.9　Flow chart of centralized controller

對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，集控器處于核心地位，一個(gè)集控器可以和多達(dá)128個(gè)測(cè)控節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)星狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的控制，是典型的基于電力線載波通信組成的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。集控器實(shí)現(xiàn)了各種信息的接收、計(jì)算與顯示、解釋和處理、發(fā)送終端設(shè)備的控制命令等功能，信息的采集則要從感知模塊得到，終端設(shè)備命令的由執(zhí)行模塊響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制（圖9）。

數(shù)據(jù)在電力線上是廣播式傳送，集控器會(huì)收到與電力線相連接的所有測(cè)控節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息，必須要能確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)身份，分別編上節(jié)點(diǎn)地址，才能對(duì)測(cè)控節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息進(jìn)行檢索和鑒別，防止信息接收的混亂。

5.2測(cè)控節(jié)點(diǎn)嵌入式軟件設(shè)計(jì)

測(cè)控節(jié)點(diǎn)軟件分為數(shù)據(jù)采集模塊和命令執(zhí)行模塊（圖10、圖11）。

數(shù)據(jù)采集模塊：程序初始化后通過(guò)讀取接口獲得本機(jī)地址，然后等待串行中斷，接收數(shù)據(jù)，然后根據(jù)主控芯片的解釋和處理，發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)。內(nèi)部還設(shè)置了驅(qū)動(dòng)事件，如發(fā)生高溫高濕，感知模塊自動(dòng)發(fā)送采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的監(jiān)控。

命令執(zhí)行模塊：程序進(jìn)行初始化，然后依次校驗(yàn)地址碼，校驗(yàn)完后依次校驗(yàn)命令字，校驗(yàn)結(jié)束后依次轉(zhuǎn)入相對(duì)應(yīng)的程序，將編碼通過(guò)接口送入控制芯片，繼而控制設(shè)備。

圖10　數(shù)據(jù)采集模塊流程圖Fig.10　Flow chart ofdata acquisition module

圖11　執(zhí)行模塊流程圖Fig.11　Flow chart of execution module

6　結(jié)論

本研究目前已完成硬件設(shè)計(jì)，并用測(cè)試板搭建了測(cè)試環(huán)境，將集控器和10個(gè)測(cè)控節(jié)點(diǎn)通過(guò)36 VDC電力線上，電力線上每個(gè)測(cè)控節(jié)點(diǎn)之間距離100 m，在集控器發(fā)送不同的控制數(shù)據(jù)和觀察采集的傳感器數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果表明，數(shù)據(jù)采集模塊傳送給集控器的傳感器數(shù)據(jù)正確、可靠，命令執(zhí)行模塊對(duì)控制命令的響應(yīng)比較快，無(wú)錯(cuò)誤，無(wú)數(shù)據(jù)丟失，測(cè)控節(jié)點(diǎn)的傳感器數(shù)據(jù)采集和所帶負(fù)載都正常工作，并與本機(jī)地址相匹配。集控器可以正常和上位機(jī)通訊，把上位機(jī)的控制信息下發(fā)到指定的測(cè)控節(jié)點(diǎn)；可以接收、鑒別出測(cè)控節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)，并正常顯示，總體上整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，各模塊通信無(wú)數(shù)據(jù)丟失。

目前完成了核心器件及分模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)和調(diào)測(cè)，后續(xù)要完成：（1）電路、程序和外殼設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)需要完成原理圖文檔、PCB圖文檔、研發(fā)料單、電路調(diào)試報(bào)告、調(diào)試手冊(cè)、硬件測(cè)試文檔。程序設(shè)計(jì)需要完成程序燒錄文件、程序修改文件。外殼設(shè)計(jì)需要完成CAD圖文檔，組裝機(jī)械料單。（2）進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)需要完成系統(tǒng)聯(lián)調(diào)報(bào)告。（3）批量生產(chǎn)產(chǎn)品。（4）上位機(jī)軟件、云端和移動(dòng)端軟件的研發(fā)。

基于電力線載波通信的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集控器和測(cè)控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳統(tǒng)通訊控制方式新的嘗試。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通訊控制系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程中，特別是存在較多的測(cè)控節(jié)點(diǎn)環(huán)境中，采用電力線載波技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)不需重新布線，不僅能夠滿足實(shí)時(shí)性，可靠性和兼容性要求，也具有良好的抗干擾作用和低廉的應(yīng)用成本。

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（責(zé)任編輯：張睿）

Design of agricultural internet of things node and controller based on power line carrier communication

ZHANG Xiang-fei1，2，DING Yong-sheng2，WANG Yun-sheng3*
（1Information Center ofshanghai Agricultural Committee，Shanghai 200335，China；2Donghua University，Shanghai 200051，China；3Agricultural Information Institute ofscience and Technology，Shanghai Academy of Agriculturalsciences，Shanghai Engineering Research Center fordigital Agriculture，Shanghai 201403，China）

This paper introduces thedesignscheme of the controller and the node of the agricultural internet of things based on power line carrier technology.In this paper，the microcontroller and PLCC are used todesign the controller and the node，and the performance and characteristics of the controller arediscussed.Power line carrier communication measurement and controlsystem，as long as the centralized controller and the node connected to thesame power line，they can communicate through a custom communication protocol.Centralized controller main function：responsible for communication with the host computer，through the touch LCDscreen to view the node to collect and upload the information，send the control information to the node.Node functions：acquisition and transmission of agriculturalsoil and environmental information；receiving the control information，control ofgreenhouse，integrated management of water and fertilizer etc.The application of thesystem will reduce the cost of agriculture and control agricultural non-pointsource pollution.

Power line carrier communication；Agricultural internet of things；Centralized controller；Node

S126

A

1000-3924（2016）04-132-08

2016-06-12

上海市科技興農(nóng)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目［滬農(nóng)科攻字（2015）第6-4-1號(hào)］

張向飛（1975—），男，在讀博士，高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)業(yè)信息化研究。Tel：021-52161307

王運(yùn)圣（1971—），男，博士，副研究員，研究方向：農(nóng)業(yè)信息化。E-mail：wangyunsheng@saas.sh.cn