基于WSN的溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

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1、2010年11月農(nóng)機(jī)化研究第11期設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子無(wú)線監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)張佐經(jīng)，張海輝，翟長(zhǎng)遠(yuǎn)，胡瑾(西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西楊凌712100)摘要:針對(duì)傳統(tǒng)溫室內(nèi)環(huán)境因子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量、自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子監(jiān)測(cè)以及預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，以ZigBee模塊CC2430芯片為核心，實(shí)現(xiàn)環(huán)境因子數(shù)據(jù)的采集、匯聚;采用GSM模塊MC39i將數(shù)據(jù)以短信形式發(fā)至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了溫室大棚內(nèi)環(huán)境因子數(shù)據(jù)的無(wú)線監(jiān)測(cè)以及遠(yuǎn)程傳輸;當(dāng)某一環(huán)境因子超出閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送預(yù)警短信

2、至用戶(hù)手機(jī)或監(jiān)控中心，提醒用戶(hù)及時(shí)采取預(yù)防措施。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)手工測(cè)量工作量大、傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)布線難的問(wèn)題，提高了設(shè)施農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化、信息化程度，可預(yù)防災(zāi)害性天氣對(duì)農(nóng)戶(hù)造成的損失，可方便有效地用于各種溫室大棚。關(guān)鍵詞:設(shè)施農(nóng)業(yè);環(huán)境因子;無(wú)線監(jiān)測(cè);短信預(yù)警;ZigBee+中圖分類(lèi)號(hào):TP273．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003－188X(2010)11－0078－05端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)加網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)思想，組成一個(gè)樹(shù)狀網(wǎng)0引言絡(luò)，如圖1所示。近年來(lái)，設(shè)施農(nóng)業(yè)在我國(guó)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，特別是溫室大棚的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。而對(duì)溫室大棚內(nèi)大氣溫濕度

3、、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等環(huán)境因子數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化高效化的重要環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的手工測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下，數(shù)據(jù)誤差大;有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布線困難、前期投資大、后期維護(hù)困難;而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是近年來(lái)隨著嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展而出現(xiàn)的一種全新的信息獲取技術(shù)，可隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和無(wú)線傳輸，并且具有低功耗、維護(hù)成本低和自組網(wǎng)等特點(diǎn)。因此，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GSM技術(shù)引入到溫室監(jiān)測(cè)中，建立溫室大棚環(huán)境因子無(wú)線監(jiān)測(cè)及圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)溫室大棚內(nèi)環(huán)境因子信息采集的自終端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)放置在

4、大棚內(nèi)需要監(jiān)測(cè)的各點(diǎn)處，動(dòng)化、信息化、智能化具有重要意義，同時(shí)可預(yù)防災(zāi)害負(fù)責(zé)完成溫濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等環(huán)境因子數(shù)性天氣對(duì)農(nóng)戶(hù)造成的損失，降低農(nóng)戶(hù)種植風(fēng)險(xiǎn)，切實(shí)據(jù)的采集、處理和無(wú)線發(fā)送。終端節(jié)點(diǎn)采用chipcon提高農(nóng)戶(hù)收入。公司的CC2430芯片作為核心，該芯片內(nèi)置一個(gè)小巧的8051控制器和一個(gè)高性能的2．4GHz射頻收發(fā)器，1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)完成數(shù)據(jù)的采集、處理和無(wú)線傳輸任務(wù)。網(wǎng)1．1系統(tǒng)基本架構(gòu)關(guān)節(jié)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)無(wú)線傳感器該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用終網(wǎng)絡(luò)的建立、維護(hù)以及所有終端監(jiān)

5、測(cè)節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)，并具有短信預(yù)警功能。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收稿日期:2010－04－11采用CC2430加GSM模塊MC39i的設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)將各節(jié)基金項(xiàng)目:國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2007BAD79B00);西安市農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(NC09007(2))點(diǎn)采集到的環(huán)境因子數(shù)據(jù)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)以短信的形作者簡(jiǎn)介:張佐經(jīng)(1982－)，男，西安人，助教，(E－mail)sigady@式發(fā)送至監(jiān)控中心或通過(guò)RS232串口發(fā)送至PC機(jī)。126．com。當(dāng)某一數(shù)據(jù)超出設(shè)定的閾值時(shí)，通過(guò)發(fā)送預(yù)警短信至通訊作者:張海輝(1977－)，

6、男，湖南婁底人，副教授，(E－mail)zhanghh@nwsuaf．edu．cn。用戶(hù)手機(jī)或監(jiān)控中心實(shí)行預(yù)警功能，提醒用戶(hù)及時(shí)采·78·2010年11月農(nóng)機(jī)化研究第11期2取預(yù)防措施。為IC總線。1．2系統(tǒng)特點(diǎn)采用SLST1－5數(shù)字型土壤溫度傳感器，其工作該系統(tǒng)采用ZigBee無(wú)線通信技術(shù)，具有以下幾個(gè)電流1．5mA，待機(jī)電流1μA，測(cè)量精度±0．5℃，接口特點(diǎn):為單總線。1)自組網(wǎng)能力?；赯igBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用H550數(shù)字型CO2傳感器，其工作電流－62具有無(wú)需人工干預(yù)、自組網(wǎng)、自動(dòng)增加刪除節(jié)點(diǎn)等特15mA，精度

7、為±30×10，接口為IC總線。點(diǎn)。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行自我修采用FDS100模擬型土壤濕度傳感器，工作電流復(fù)，重新選擇路由路徑，保證整個(gè)系統(tǒng)仍能正常工作。15mA，精度≤3%，輸出為0～2V模擬電壓信號(hào)。其2)通信可靠。系統(tǒng)采用CSMA－CA的碰撞避免輸出信號(hào)與CC2430的ADC接口相連，通過(guò)CC2430機(jī)制，避免數(shù)據(jù)通信時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。的可靠性。2．2終端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)電源設(shè)計(jì)終端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)采用鋰電池供電，電源電路主要包2終端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)括電壓轉(zhuǎn)換電路和鋰電池的充電電路。正常工

8、作時(shí)，2．1終端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)通過(guò)鋰電池供電，電源轉(zhuǎn)換芯片將4．2V鋰電池電壓終端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)是設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境因子監(jiān)測(cè)以及預(yù)轉(zhuǎn)換為3．3V供給各芯片;當(dāng)插上5V直流電源時(shí)，鋰警系統(tǒng)的基本組成單元，用來(lái)完成環(huán)境因子數(shù)據(jù)的采電池和終端監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)共同作為負(fù)載，這時(shí)可實(shí)現(xiàn)