基于ZigBee技術(shù)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了大范圍、低成本實(shí)現(xiàn)智能節(jié)水灌溉，采用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提出了一種利用S3C2440與CC2430作為主控芯片的節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)通過CC2430的串口采集土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)上傳給數(shù)據(jù)處理中心；數(shù)據(jù)處理中心由CC2430通過串口將接收到的數(shù)據(jù)傳遞給S3C2440，同時(shí)采用SD卡進(jìn)行存儲，并通過光纖以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)端傳輸。經(jīng)過SmartRFStudio信號軟件和Linux下的Hping指令測試，灌溉系統(tǒng)連續(xù)7天無故障運(yùn)行，完全達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：ZigBee；節(jié)水灌溉系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理中心；混合型網(wǎng)絡(luò)

0 引言
21世紀(jì)水資源正在變成一種寶貴的稀缺資源，推廣節(jié)水灌溉也已成為世界各國為緩解水資源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。我國智能化節(jié)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(xiàn)數(shù)據(jù)通信，有些大型農(nóng)場通過GPRS模塊來實(shí)現(xiàn)信息的交互，取得了一定的成效，但是這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本與日常維護(hù)費(fèi)用較高，不利于推廣。基于這種現(xiàn)狀，本文提出一種基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)韻設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)農(nóng)田的特殊條件，設(shè)計(jì)出一套節(jié)水灌溉系統(tǒng)，避免了依附于其他通信網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的額外費(fèi)用。

1 系統(tǒng)平臺整體設(shè)計(jì)方案
按照功能需求，硬件平臺共可分為以下五個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集站，傳輸基站，數(shù)據(jù)處理中心，遠(yuǎn)程監(jiān)測站以及電磁閥控制站。圖1為系統(tǒng)的硬件平臺結(jié)構(gòu)圖。

系統(tǒng)中各部分的功能與工作流程如下：首先根據(jù)農(nóng)田的管道分布情況，以及ZigBee無線節(jié)點(diǎn)的有效通信距離，將灌溉區(qū)分割為數(shù)塊獨(dú)立的灌溉控制單元，在每個(gè)單元中設(shè)有一個(gè)或數(shù)個(gè)傳輸基站和若干分布在農(nóng)田不同位置的數(shù)據(jù)采集站，數(shù)據(jù)采集站通過與其連接的傳感器采集土壤濕度參數(shù)，并將數(shù)據(jù)定時(shí)傳送給傳輸基站；傳輸基站負(fù)責(zé)管理其管轄區(qū)域內(nèi)的各個(gè)數(shù)據(jù)采集站，當(dāng)數(shù)據(jù)處理中心詢問數(shù)據(jù)時(shí)，傳輸基站將數(shù)據(jù)進(jìn)行第一級融合后以Ad hoc的方式上傳給數(shù)據(jù)處理中心；數(shù)據(jù)處理中心首先對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類、存儲并與其他的參數(shù)(如氣象信息、水文地理信息、專家系統(tǒng)以及作物的特征信息等)按照一定算法實(shí)現(xiàn)第二級融合，做出初步判決，并將判決結(jié)果連同部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)通過光纖以太網(wǎng)或者GPRS模塊傳送給遠(yuǎn)程監(jiān)測站，請求經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員做最后的判決，并將判決信息返回給數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)判決結(jié)果向電磁閥控制端發(fā)送控制指令；電磁閥控制端根據(jù)接收到的控制指令執(zhí)行灌溉控制，到此，一個(gè)完整的系統(tǒng)工作過程結(jié)束。

2 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件平臺的核心部分為數(shù)據(jù)處理中心，它負(fù)責(zé)管理整個(gè)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯集、存儲、融合以及數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)端傳輸?shù)取?/span>