基于ZigBee技術(shù)的節水灌溉系統設計

摘要：為了大范圍、低成本實(shí)現智能節水灌溉，采用ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，提出了一種利用S3C2440與CC2430作為主控芯片的節水灌溉系統設計方案。系統通過(guò)CC2430的串口采集土壤濕度傳感器數據，并將數據通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上傳給數據處理中心；數據處理中心由CC2430通過(guò)串口將接收到的數據傳遞給S3C2440，同時(shí)采用SD卡進(jìn)行存儲，并通過(guò)光纖以太網(wǎng)接口將數據進(jìn)行遠端傳輸。經(jīng)過(guò)SmartRFStudio信號軟件和Linux下的Hping指令測試，灌溉系統連續7天無(wú)故障運行，完全達到系統設計指標。
關(guān)鍵詞：ZigBee；節水灌溉系統；數據處理中心；混合型網(wǎng)絡(luò )

0 引言
21世紀水資源正在變成一種寶貴的稀缺資源，推廣節水灌溉也已成為世界各國為緩解水資源危機和實(shí)現農業(yè)現代化的必然選擇。我國智能化節水灌溉才剛剛起步，一個(gè)比較關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸就是如何實(shí)現數據通信，有些大型農場(chǎng)通過(guò)GPRS模塊來(lái)實(shí)現信息的交互，取得了一定的成效，但是這種系統設計成本與日常維護費用較高，不利于推廣?；谶@種現狀，本文提出一種基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )韻設計方案，并根據農田的特殊條件，設計出一套節水灌溉系統，避免了依附于其他通信網(wǎng)絡(luò )所產(chǎn)生的額外費用。

1 系統平臺整體設計方案
按照功能需求，硬件平臺共可分為以下五個(gè)部分：數據采集站，傳輸基站，數據處理中心，遠程監測站以及電磁閥控制站。圖1為系統的硬件平臺結構圖。

系統中各部分的功能與工作流程如下：首先根據農田的管道分布情況，以及ZigBee無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)的有效通信距離，將灌溉區分割為數塊獨立的灌溉控制單元，在每個(gè)單元中設有一個(gè)或數個(gè)傳輸基站和若干分布在農田不同位置的數據采集站，數據采集站通過(guò)與其連接的傳感器采集土壤濕度參數，并將數據定時(shí)傳送給傳輸基站；傳輸基站負責管理其管轄區域內的各個(gè)數據采集站，當數據處理中心詢(xún)問(wèn)數據時(shí)，傳輸基站將數據進(jìn)行第一級融合后以Ad hoc的方式上傳給數據處理中心；數據處理中心首先對接收到的數據進(jìn)行聚類(lèi)、存儲并與其他的參數(如氣象信息、水文地理信息、專(zhuān)家系統以及作物的特征信息等)按照一定算法實(shí)現第二級融合，做出初步判決，并將判決結果連同部分關(guān)鍵數據通過(guò)光纖以太網(wǎng)或者GPRS模塊傳送給遠程監測站，請求經(jīng)驗豐富的工作人員做最后的判決，并將判決信息返回給數據處理中心，數據處理中心根據判決結果向電磁閥控制端發(fā)送控制指令；電磁閥控制端根據接收到的控制指令執行灌溉控制，到此，一個(gè)完整的系統工作過(guò)程結束。

2 系統硬件部分設計
本系統硬件平臺的核心部分為數據處理中心，它負責管理整個(gè)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的數據匯集、存儲、融合以及數據的遠端傳輸等。