《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(jì)和實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)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(jì)和實(shí)現(xiàn)[導(dǎo)讀]?近年來隨著大棚農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化管理成為了一個(gè)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(duì)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(shí)時(shí)、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(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化管理成為了一個(gè)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(duì)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(shí)時(shí)、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(jìn)而提

2、高作物產(chǎn)量，增加經(jīng)濟(jì)收益，具有重大的意義。針對(duì)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(shí)時(shí)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(kuò)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(dòng)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(gè)廉價(jià)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(diǎn)之一。針對(duì)農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測的實(shí)際需求，研制具有多測點(diǎn)、多參數(shù)、可移動(dòng)、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(jì)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(yuǎn)程管理平臺(tái)，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(yuǎn)程管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn)功能主要是實(shí)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由若干終端節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。帶有的大量傳感器的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)分別放置在大棚的不同地方，各個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)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(diǎn)逐跳地進(jìn)行傳輸。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍必須包含另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，以防傳輸線路中有節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，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(gè)節(jié)點(diǎn)處理，多跳到每個(gè)簇的匯聚節(jié)點(diǎn)，然后傳到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程的服務(wù)器采用經(jīng)典的C/S

5、模式實(shí)現(xiàn)通訊，使用者也可根據(jù)需要使用智能手機(jī)作為客戶端，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地實(shí)時(shí)的收集大棚中的環(huán)境參數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，做出判斷與決測。2網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)2.1終端節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)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(duì)于節(jié)點(diǎn)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(duì)整個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行提供能源，以滿足系統(tǒng)中不同模塊對(duì)電源的需求，保證正常運(yùn)行。節(jié)點(diǎn)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(duì)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(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件，這兩個(gè)敏感元件與一個(gè)14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)串行接口電路設(shè)計(jì)在同一個(gè)芯片上

7、面。該傳感器響應(yīng)超快、抗干擾能力強(qiáng)、極高的性價(jià)比。它與單片機(jī)的接口也非常簡單與IIC協(xié)議類似。本系統(tǒng)中對(duì)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(shí)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(jī)，利用CC2530內(nèi)部自帶的AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。2.1.2電源模塊網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(duì)電源的需求，以及節(jié)點(diǎn)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(gè)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(shí)為1.2V。它有5個(gè)固定電壓輸出(1.8V，2.5V，2.85V，3.3V和5V)的型號(hào)，此外它還提供電流限制和熱保護(hù)。輸出電壓精度在1%以內(nèi)。設(shè)計(jì)時(shí)輸出端需要一個(gè)至少10uF的鉭電容來改善瞬時(shí)響應(yīng)和穩(wěn)定