無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的溫室測控系統方案

1 引言

　　溫室環(huán)境控制是在充分利用自然資源的基礎上，通過(guò)改變溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度等溫室環(huán)境因素參數來(lái)獲得農作物生長(cháng)的最佳條件，從而達到增加作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、調節生長(cháng)周期、提高經(jīng)濟效益的目的。

　　針對當前溫室控制系統存在的擴展性差、智能化程度不高等問(wèn)題，在分析了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )特點(diǎn)的基礎上，設計了基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的溫室測控系統的硬件及軟件。 硬件上設計了傳感器節點(diǎn)和匯聚節點(diǎn)，采用溫度、濕度、光照度等傳感器，實(shí)現了溫室環(huán)境參數的自動(dòng)采集。 軟件上基于模塊化的思想，實(shí)現了數據的獲取、處理和控制輸出等功能。 該設計具有擴展性好、實(shí)用性強、便于操作的特點(diǎn)。

　　2 溫室測控系統的體系結構

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )( wireless sensor network ,WSN) 是由部署在監測區域內的大量廉價(jià)微型傳感器節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò )系統，具有組網(wǎng)方便，靈活性強等優(yōu)點(diǎn)。 其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀(guān)察者。 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，設計的溫室測控系統的結構如圖1 所示。

　　圖1 溫室控制系統的結構

　　傳感器節點(diǎn)從土壤本身或周?chē)h(huán)境收集溫度、濕度、光照度等信息，完成給定的監測任務(wù)，將監測數據傳輸給控制計算機進(jìn)行決策，使用制動(dòng)器精確控制土壤中的肥料和水分。 傳感器網(wǎng)絡(luò )的信息采集可以用來(lái)指導種植以得到最大產(chǎn)量，還可監測并報告作物狀態(tài)。

　　匯聚節點(diǎn)是在應用環(huán)境下聯(lián)系傳感器節點(diǎn)和管理節點(diǎn)計算機的中介，利用它可以連接傳感器網(wǎng)絡(luò )與Internet 或WWW 等外部網(wǎng)絡(luò )，能夠實(shí)現協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉換，同時(shí)發(fā)布管理節點(diǎn)的監測任務(wù)，并把收集到的數據轉發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò )上。

　　3 硬件設計與控制原理

　　3. 1 傳感器節點(diǎn)的設計

　　傳感器節點(diǎn)是為傳感器網(wǎng)絡(luò )特別設計的微型計算機系統，是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的基本單元，它負責傳感和信息預處理， 響應監控主機的指令發(fā)送數據。 它包括五個(gè)主要的模塊：微控制器、無(wú)線(xiàn)射頻通信、非易失Flash 存儲器、可擴展的I/ O 接口和電源模塊。 傳感器節點(diǎn)的設計結構框圖如圖2 所示。