基于Zigbee的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)箱溫度自動(dòng)檢測系統

引言
網(wǎng)箱養魚(yú)是利用竹、木、金屬網(wǎng)片或合成纖維等為網(wǎng)身材料，裝配成一定形狀開(kāi)放式或密閉式的箱體，設置在流水中．通過(guò)高密度的投餌精養或不給餌而利用水中的浮游生物作為食物達到高產(chǎn)的一種養殖方式。這種方式具有機動(dòng)、簡(jiǎn)便、產(chǎn)量高及適應水域廣等優(yōu)點(diǎn)，有著(zhù)廣闊的發(fā)展前途。溫度、餌料和水體中的溶氧量等對產(chǎn)量和質(zhì)量影響非常大，其中溫度監控成為提高養殖密度和產(chǎn)量的關(guān)鍵。
目前，國內進(jìn)行水體溫度監控一般是使用單片機系統，使用有線(xiàn)方式傳輸監測信號．但這種方式存在成本高、系統較為復雜、監測范圍小、抗干擾性差等缺點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)是傳感器技術(shù)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的結合，是一種新興的智能監測與控制技術(shù)，由于其具有低成本、體積小、實(shí)時(shí)性強、功耗低、抗干擾性強、嵌入性好等特點(diǎn)，廣泛應用在工農業(yè)生產(chǎn)中。在水養殖生產(chǎn)中，應用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行水體溫度等數據的采集與傳送．對提高水養殖產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、減輕勞動(dòng)強度具有重要的意義。本文設計了一種基于Zig-bee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，并運用該節點(diǎn)組建一個(gè)面向水養殖生產(chǎn)中網(wǎng)箱溫度監控的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )監測與控制系統。

1 Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)介
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSNs，wireless sensor networks)是一種超大規模、無(wú)人值守、資源受限的全分布系統。采用多跳對等的通信方式，其網(wǎng)絡(luò )拓撲動(dòng)態(tài)變化。具有自組織、自適應等智能屬性。它融合了傳感器、網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)通信、單片機和自動(dòng)控制等技術(shù)。同時(shí)，針對不同的應用對象體現了很強的適應性和靈活性，在工業(yè)控制與監測、農業(yè)生產(chǎn)、物流、健康和環(huán)境監測等方面有著(zhù)廣泛的應用。
Zigbee這一名稱(chēng)來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò )。ZigBee技術(shù)是采用。IEEE802.15.4標準的一種短距離的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)?？晒ぷ髟?．14 GHz(全球流行)、868 MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個(gè)頻段上，分別具有最高至250 kbit／s、20 kbit／s、40 kbit／s的傳輸速率，它的傳輸距離在10 m～75 m的范圍內，但還可以繼續增加。依據發(fā)射功率的大小和應用模式而定，1臺Zigbee設備可以連接多達254個(gè)同類(lèi)的設備。此外，由于Zigbee具備高鏈接數與低耗電的特性，已經(jīng)成為目前無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSNs)中無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的首選之一，可應用在溫度測量、水電煤氣計量數據記錄、保衛防護的監控等方面，廠(chǎng)商無(wú)需經(jīng)常更換電池或布建供電網(wǎng)絡(luò )，即可方便地取得所需的信息。

2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)箱溫度自動(dòng)檢測系統的構成
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的連接方式有很多種，最基本的有星狀連接、串狀連接和網(wǎng)狀連接三種連接方式。因為Zigbee的解決方案支持每個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器帶有254．個(gè)激活節點(diǎn)，多個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器可以聯(lián)結大型網(wǎng)絡(luò )，所以本設計網(wǎng)絡(luò )連接選用串狀連接方式．多個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器可以協(xié)同工作，這一特點(diǎn)保證了新增網(wǎng)箱節點(diǎn)的靈活加人，還可以滿(mǎn)足大規模的要求。該無(wú)線(xiàn)網(wǎng)箱溫度自動(dòng)檢測系統總體架構如圖l所示，該系統由中心控制單元和網(wǎng)箱溫度監控終端組成。

3 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)箱溫度自動(dòng)檢測系統的設計
下面詳細介紹中心控制單元和網(wǎng)箱溫度監控終端的功能和設計。
3．1 中心控制單元
管理人員可在中心控制單元通過(guò)控制面板或鍵盤(pán)設定正常溫度范圍，如果某網(wǎng)箱溫度超過(guò)設定范圍則中心控制單元通過(guò)聲光等方式報警；管理人員還可根據漁場(chǎng)實(shí)際情況增添或減少監控網(wǎng)箱節點(diǎn)數目，同樣通過(guò)控制面板或鍵盤(pán)進(jìn)行操作；可對歷史數據進(jìn)行記錄，并可根據不同組合條件進(jìn)行查詢(xún)，并生成報表(與電腦連通后可用)。
中心控制單元包括MCU與Zigbee射頻模塊、聲光報警模塊、鍵盤(pán)顯示模塊和電源模塊。主要模塊說(shuō)明如下：
MCU與Zigbee射頻模塊采用CC2430芯片．CC2430芯片采用o.18μm CMOS工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下．電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(cháng)的應用。Zigbee協(xié)議通過(guò)軟件程序固化在CC2430的內存中。CC2430芯片的主要特點(diǎn)如下：