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《基于ZigBee與GPRS的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、基于ZigBee與GPRS的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[導(dǎo)讀]?近年來隨著大棚農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化管理成為了一個重要的研究領(lǐng)域。大棚溫室內(nèi)的土壤濕度、環(huán)境溫濕度、葉面濕度等環(huán)境因素對農(nóng)作物的質(zhì)量以及穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)有很大的影響。如何實時、有效地獲取內(nèi)部各種?近年來隨著大棚農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化管理成為了一個重要的研究領(lǐng)域。大棚溫室內(nèi)的土壤濕度、環(huán)境溫濕度、葉面濕度等環(huán)境因素對農(nóng)作物的質(zhì)量以及穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)有很大的影響。如何實時、有效地獲取內(nèi)部各種環(huán)境參數(shù)，為種植過程的科學(xué)灌溉提供數(shù)據(jù)支持，進而提
2、高作物產(chǎn)量，增加經(jīng)濟收益，具有重大的意義。針對上述問題，目前常用的方法是人工巡查和有線數(shù)據(jù)采集兩種。人工巡查方式消耗人力、工作量大，且難以保證數(shù)據(jù)的實時性與有效性。另一種是采用有線通訊的數(shù)據(jù)采集方式監(jiān)測系統(tǒng)，其布線復(fù)雜，且受物理線路和環(huán)境因素影響大，成本高，不適于擴展。隨著無線通訊的發(fā)展，以往的有線系統(tǒng)漸漸被無線監(jiān)測系統(tǒng)取代，尤其是近些年我國GPRS/CDMA無線移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及ZigBee技術(shù)在我國的應(yīng)用，使得開發(fā)一個廉價而低耗的無線系統(tǒng)成為易事。作為一種近距離、低成本、低功耗、低數(shù)據(jù)速率的雙向無線傳輸技術(shù)，
3、被廣泛用于環(huán)境監(jiān)測、交通管理、災(zāi)難預(yù)防等領(lǐng)域，也成為近年來數(shù)字農(nóng)業(yè)研究中的熱點之一。針對農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測的實際需求，研制具有多測點、多參數(shù)、可移動、使用便捷的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有十分重要的意義。1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大棚溫室監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計成三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)和遠程管理平臺，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)各種環(huán)境參數(shù)的檢測和數(shù)據(jù)的無線傳輸;GPRS網(wǎng)絡(luò)用于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)以及與。Internet無縫連接，遠程管理平臺可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理、分析、管理。為了減低成本，此處網(wǎng)關(guān)節(jié)點功能主要是實現(xiàn)ZigBee的協(xié)調(diào)器與g
4、prs模塊間的通訊。使得協(xié)調(diào)器收到的數(shù)據(jù)能夠通過GPRS模塊傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上，以此實現(xiàn)遠程監(jiān)控。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由若干終端節(jié)點，路由節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點構(gòu)成。帶有的大量傳感器的ZigBee終端節(jié)點和路由節(jié)點分別放置在大棚的不同地方，各個節(jié)點負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的感知與采集，數(shù)據(jù)以最短路徑原則沿著其他路由節(jié)點逐跳地進行傳輸。每個傳感器節(jié)點的覆蓋范圍必須包含另外兩個節(jié)點，以防傳輸線路中有節(jié)點出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)的傳輸中斷。在傳輸過程中，監(jiān)測數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點處理，多跳到每個簇的匯聚節(jié)點，然后傳到網(wǎng)關(guān)節(jié)點。網(wǎng)關(guān)節(jié)點與遠程的服務(wù)器采用經(jīng)典的C/S
5、模式實現(xiàn)通訊，使用者也可根據(jù)需要使用智能手機作為客戶端，實現(xiàn)隨時隨地實時的收集大棚中的環(huán)境參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理，做出判斷與決測。2網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計2.1終端節(jié)點的硬件設(shè)計農(nóng)業(yè)大棚中環(huán)境溫濕度，二氧化碳含量等環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)對于節(jié)點處理器的處理能力不需要很高的要求，且發(fā)送的數(shù)據(jù)量小。為了降低成本，本系統(tǒng)采用單片CC2530作為處理器，用于數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的無線通訊。電源模塊則對整個節(jié)點的運行提供能源，以滿足系統(tǒng)中不同模塊對電源的需求，保證正常運行。節(jié)點硬件主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.1.1傳感器模塊傳感器模塊主要由環(huán)境溫濕度
6、、二氧化碳等傳感器等部分組成。土壤濕度傳感器用于監(jiān)測種植區(qū)域的土壤水分，環(huán)境溫濕度傳感器用于監(jiān)測生長環(huán)境中的溫度和濕度，二氧化碳傳感器用于監(jiān)測溫室中的二氧化碳含量，保證植物能在合適環(huán)境中生長。溫濕度傳感器采用SHT11傳感器，它是由工廠校準(zhǔn)，輸出溫度的分辨率為0.01℃，輸出相對濕度的分辨率為0.03%。它提供全量程標(biāo)定的數(shù)字輸出。具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件，這兩個敏感元件與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及一個串行接口電路設(shè)計在同一個芯片上
7、面。該傳感器響應(yīng)超快、抗干擾能力強、極高的性價比。它與單片機的接口也非常簡單與IIC協(xié)議類似。本系統(tǒng)中對CO2含量監(jiān)測有較高的要求，且傳感器應(yīng)受溫濕度的變化小。這里采用：MG811型的二氧化碳傳感器，它主要實用與空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)和溫室二氧化碳濃度檢測。二氧化碳傳感器經(jīng)過高輸入阻抗放大器放大后接入單片機，利用CC2530內(nèi)部自帶的AD轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。2.1.2電源模塊網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中處理器CC2530需要3.3V供電，而傳感器模塊和放大器等需要5V供電。為了滿足不同模塊對電源的需求，以及節(jié)點的便捷性。我們采用多節(jié)1.5V
8、干電池供電，通過LM1117輸出所需的3.3V和5V電壓。LM1117是一個低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。其壓差在1.2V輸出，負(fù)載電流為800mA時為1.2V。它有5個固定電壓輸出(1.8V，2.5V，2.85V，3.3V和5V)的型號，此外它還提供電流限制和熱保護。輸出電壓精度在1%以內(nèi)。設(shè)計時輸出端需要一個至少10uF的鉭電容來改善瞬時響應(yīng)和穩(wěn)定
