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

數(shù)據(jù)處理中心的主控制芯片采用的是基于ARM920T架構(gòu)的S3C2440處理器，該處理器是一款應(yīng)用于手持移動(dòng)通訊設(shè)備的32 b RISC微處理器。在本系統(tǒng)中，S3C2440主要負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、存儲(chǔ)、運(yùn)算并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成TCP／IP協(xié)議的光纖信號(hào)接入到In-ternet中或者通過串口與GPRS模塊通信以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)端傳輸。
2．2 ZigBee模塊設(shè)計(jì)
ZigBee無線通信芯片選用的是TI公司的CC2430F128，它是全球首個(gè)真正意義上的系統(tǒng)級(jí)ZigBee芯片，其射頻收發(fā)器工作在2．4 GHz ISM(IndustryScience Medical)頻段，采用低電壓(2．0～3．6 V)供電，接收發(fā)射電流為27 mA，接收信號(hào)靈敏度高達(dá)-92 dBm、最大發(fā)射功率為+O．6 dBm、最大傳送速率為250 Kb／s，硬件支持CSMA／CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)和RSSI(Received Signal Strength Indicator)功能。由于其屬于高頻器件，因此本系統(tǒng)將其進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，其原理圖如圖3所示。

在射頻電路部分使用了一個(gè)非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C2和電感L1，L2，L3以及微波傳輸線組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足RF輸入／輸出匹配電阻(50 Ω)的要求。其內(nèi)部的T／R交換電路完成LNA和PA之間的交換。R221和R261為偏置電阻，電阻R221主要用來為32MHz的晶振提供一個(gè)合適的工作電流。32MHz的石英諧振器(X1)和2個(gè)電容(C191和C211)構(gòu)成高速時(shí)鐘電路。32. 768 kHz的石英晶體(X2)與2個(gè)電容(C441和C431)構(gòu)成低速時(shí)鐘電路。在模塊的外圍，采用MAX706S看門狗芯片，在程序出現(xiàn)異常時(shí)為其提供可靠復(fù)位。同時(shí)S3C2440的串口1與CC2430模塊的串口0相連，為S3C2440提供了訪問ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接口。
2．3 其他硬件電路設(shè)計(jì)
S3C2440在接收到CC2430模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)后，需要對(duì)其進(jìn)行分類存儲(chǔ)，以備在歷史數(shù)據(jù)查詢時(shí)使用。本系統(tǒng)采用S3C2440來驅(qū)動(dòng)FLASH存儲(chǔ)設(shè)備SD卡的讀寫，S3C2440具有專用的引腳通過SDIO模式來驅(qū)動(dòng)SD卡，使用起來十分方便。GPRS模塊的接口設(shè)計(jì)相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，S3C 2440的串口2通過MAX3232將TTL電平傳換成RS 232電平后即可與GPRS模塊相連。
由于農(nóng)場(chǎng)環(huán)境的特殊性，不可能為每個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)供電，因此本系統(tǒng)采用太陽能電池與普通干電池相結(jié)合的方式為其提供電源，在太陽能電池電量充足的時(shí)候，采用太陽能電池供電，當(dāng)太陽能電池電量不足或者出現(xiàn)故障時(shí)切換到干電池端，利用干電池進(jìn)行供電。