基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的節水灌溉管制系統

農業(yè)灌溉是我國的用水大戶(hù)，其用水量約占總用水量的70％。據統計，因干旱我國糧食每年平均受災面積達兩千萬(wàn)公頃，耗損糧食占全國因災減產(chǎn)糧食的 50％50％。耐久以來(lái)，由于技術(shù)、維護水平落后，招致灌溉用水糜費十分嚴重，農業(yè)灌溉用水的使用率僅40％40％。假設依據監測土壤墑情信息，及時(shí)控制灌溉機遇和水量，能夠有效提高用水效率。而人工定時(shí)測量墑情，不但消耗大量人力，并且做不到及時(shí)監控；采用有線(xiàn)測控系統，則須要較高的布線(xiàn)本錢(qián)，不便于擴展，并且給農田耕作帶來(lái)不便。因而，設計一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的節水灌溉控制系統，該系統首要由低功耗無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)議決ZigBee自組網(wǎng)方式構成，從而防止了布線(xiàn)的不便、靈敏性較差的缺陷，完成土壤墑情的延續在線(xiàn)監測，農田節水灌溉的自動(dòng)化控制，既提高灌溉用水使用率，緩解我國水資源日趨緊張的矛盾，也為作物生長(cháng)提供良好的生長(cháng)環(huán)境。
　　1 系統構架
　　1．1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )
　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)使用在該節水灌溉控制系統中，其中心技術(shù)是ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)。 ZigBee是一種低龐雜度、低功耗、低數據率、低本錢(qián)、高牢靠信度、大網(wǎng)絡(luò )容量的雙向無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)。由使用層、網(wǎng)絡(luò )層、介質(zhì)接人控制層和物理層組成。 ZigBee網(wǎng)絡(luò )中的配備分為全功用配備(Full Function Device，FFD)和簡(jiǎn)化功用配備(RedUCe Function Device，RFD)兩種。 ZigBee網(wǎng)絡(luò )支持星型網(wǎng)、樹(shù)狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)三種拓撲構造。本系統采用混合網(wǎng)，底層為多個(gè)ZigBee監測網(wǎng)絡(luò )，擔任監測數據的采集。每個(gè)ZigBee監測網(wǎng)絡(luò )有一個(gè)網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)和若干的土壤溫濕度數據采集節點(diǎn)。監測網(wǎng)絡(luò )采用星型構造，網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)作為每個(gè)監測網(wǎng)絡(luò )的基站。網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)具有雙重功用，一是充任網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器的角色，擔任網(wǎng)絡(luò )的自動(dòng)樹(shù)立和維護、數據聚集；二是作為監測網(wǎng)絡(luò )與監控中心的接口，與監控中心傳遞信息。此系統具有自動(dòng)組網(wǎng)功用，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)不斷處于監聽(tīng)形態(tài)，新添加的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)會(huì )被網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)發(fā)覺(jué)，這時(shí)無(wú)線(xiàn)路由會(huì )把節點(diǎn)的信息送給無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)舉行編址并計算其路由信息，更新數據轉宣布和配備關(guān)聯(lián)表等。
1．2 系統體系構造
　　該系統以單片機為控制中心，由無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)(RFD)、無(wú)線(xiàn)路由節點(diǎn)(FFD)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)(FFD)、監控中心四大局部組成，議決ZigBee自組網(wǎng)，監控中心、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)之間議決GPRS舉行墑情及控制信息的傳遞。每個(gè)傳感節點(diǎn)議決溫濕度傳感器，自動(dòng)采集墑情信息，并結合預設的濕度上下限舉行剖析，判別能不能須要灌溉及什么時(shí)辰中止。每個(gè)節點(diǎn)議決太陽(yáng)能電池供電，電池電壓被隨時(shí)監控，一旦電壓過(guò)低，節點(diǎn)會(huì )發(fā)出電壓過(guò)低的報警信號，發(fā)送成功后，節點(diǎn)進(jìn)入睡眠形態(tài)直到電量充足。其中無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)銜接ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與GPRS網(wǎng)絡(luò )，是基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的節水灌溉控制系統的中心局部，擔任無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的維護。傳感器節點(diǎn)與路由節點(diǎn)自主構成一個(gè)多跳的網(wǎng)絡(luò )。溫濕度傳感器散布于監測區域內，將采集到的數據發(fā)送給就近的無(wú)線(xiàn)路由節點(diǎn)，路由節點(diǎn)依據路由算法挑選最好路由，樹(shù)立相應的路由列表，其中列表中包含本身的信息和鄰居網(wǎng)關(guān)的信息。議決網(wǎng)關(guān)把數據傳給遠程監控中心，便于用戶(hù)遠程監控維護。本文設計的基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的節水灌溉控制系統組成框圖如圖1所示。