《大棚農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實踐.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應用文檔-天天文庫。

1、學無止境大棚農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實踐目前，傳統(tǒng)的基于有線通信系統(tǒng)的大棚農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在以下不足：一是有線通信技術(shù)雖具有設(shè)備操作性好、抗干擾能力強等優(yōu)點，但是實際的應用環(huán)境潮濕、高溫、土壤及空氣具有較強的酸堿性，極易導致通信電纜的老化，從而降低系統(tǒng)的可靠性，故障發(fā)生率和誤報警率較高；二是大棚農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集大多在廣闊的空間內(nèi)進行，在農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)的實際應用中，需要密布傳感器節(jié)點，才能實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域的有效覆蓋，導致農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)部的線纜縱橫交錯，靈活性和擴展性能差，系統(tǒng)安裝及維護成本高［１－３］。ＺｉｇＢｅｅ［４］是一種新興的短距離、低功耗、低成本、低速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要應用在近

2、距離無線連接。筆者等針對目前大棚農(nóng)業(yè)環(huán)境在線監(jiān)測的需要，設(shè)計出基于ＺｉｇＢｅｅ無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大棚農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的方案，可快速、可靠地實現(xiàn)對目標監(jiān)測區(qū)域的溫度、濕度和光照強度等影響農(nóng)作物生長的因素進行遠程采集、傳輸，提高農(nóng)業(yè)管理的網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平，降低大棚管理工作量，在生產(chǎn)應用上具有重要意義。１農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)測系統(tǒng)基于ＺｉｇＢｅｅ大棚農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點、匯聚節(jié)點、傳感器節(jié)點、遠程客戶端和服務(wù)器５個部分組成（圖１）。無數(shù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點機布施在大棚監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，節(jié)點之間通過自組織的方式快速形成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，每個傳感器節(jié)點既是信息的采集者和發(fā)送者，又是

3、信息的路由者［５－６］。比如監(jiān)測大棚內(nèi)的溫度、濕度和光照強度。節(jié)點每２ｍｉｎ進行一次環(huán)境信息的采集和監(jiān)測。匯聚節(jié)點將無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理后經(jīng)過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)輸送給主服務(wù)器，主服務(wù)器完成對數(shù)據(jù)的分析、存儲。２系統(tǒng)的硬件設(shè)計２．１無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計3學海無涯學無止境傳感器節(jié)點是整個監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，負責采集環(huán)境參數(shù)，并將采集到的可靠數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要由微處理器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電源及擴展接口模塊和無線通信模塊組成［７］。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖２所示。２．１．１微處理器模塊傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是用電池供電，而且不能頻繁地更換電池。因此，從低功耗、高性能的角度考

4、慮，設(shè)計時選用市面上最先進的由英國ＪＥＮＮＩＣ公司生產(chǎn)的ＪＮ５１３９。ＪＮ５１３９系列使用硬件ＭＡＣ和安全性極高的ＡＥＳ編碼加速器，大大降低了功耗和處理器的費用，同時提供了內(nèi)置休眠計時器和節(jié)能設(shè)備以降低系統(tǒng)功耗［８－１０］。２．１．２數(shù)據(jù)采集模塊大棚農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)主要是對大棚的溫度、濕度以及光照強度進行采集。通過對目前市場上現(xiàn)有各種傳感器的精度、量程、功耗以及供電電壓等性能的分析與比較，系統(tǒng)選用瑞士Ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ公司生產(chǎn)的新一代基于ＣＭＯＳｅｎｓＴＭ技術(shù)，可實現(xiàn)數(shù)字量輸出、免調(diào)試、免標定及全呼喚功能的溫濕度傳感器ＳＨＴ１０來采集大棚環(huán)境的溫濕度。ＳＨＴ１０的供電電壓標準是２．

5、４～５Ｖ，若用５Ｖ供電，測得消耗電流為５５０μＡ。在休眠時期電流消耗為０．３～１μＡ，具有功耗低、體積小、抗干擾能力強等優(yōu)點。太陽光照強度采集部分采用ＴＡＯＳ公司生產(chǎn)的ＴＳＬ２５６１［１１］光強度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。具有低功耗、高速度和寬量程等優(yōu)點。２．１．３供電模塊由于該系統(tǒng)中各個模塊要求供電電壓都比較低，２．４～３．６Ｖ就能夠達到系統(tǒng)正工作的要求，只需選用兩節(jié)５號干電池作為電源給系統(tǒng)中的各個模塊進行供電。按１５０００ｍＡ／ｈ的電池容量且每２ｍｉｎ進行一次環(huán)境參數(shù)采集，即每隔２ｍｉｎ對溫度、濕度以及光照強度進行一次采集測量，大概工作時間為１２個月，即一年內(nèi)無需考慮傳感器節(jié)點因供電不

6、足而帶來的其他問題。２．２匯聚節(jié)點設(shè)計匯聚節(jié)點的主要功能［１２－１３］：１）采集該點的土壤環(huán)境信息（如溫度、濕度）；２）接受來自其他節(jié)點的信號；３）對信息進行整合，并根據(jù)用戶需求實時顯示和大容量的存儲。無線傳感器節(jié)點采集到大鵬室內(nèi)的溫度、濕度經(jīng)信號調(diào)理電路預處理后，再經(jīng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送入ＪＮ５１３９微處理器，利用ＵＳＢ進行儲存，且根據(jù)需要進行顯示。３軟件設(shè)計３．１Ｚｉｇｂｅｅ協(xié)議棧3學海無涯學無止境Ｚｉｇｂｅｅ協(xié)議棧由一組子層構(gòu)成，每層為其上層提供一組特定的服務(wù)，即一個數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，一個管理實體提供全部其他服務(wù)，每個服務(wù)實體通過一個服務(wù)接入點（ＳＡＰ）為其上層提

7、供服務(wù)接口，并且每個ＳＡＰ提供一系列的基本服務(wù)指令來完成相應的功能。ＩＥＥＥ８０２．１５．４－２００３標準定義了最下面兩層：物理層（ＰＨＹ）和介質(zhì)接入控制子層（ＭＡＣ），Ｚｉｇｂｅｅ聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應用層（ＡＰＬ）框架的設(shè)計。其中，應用層的框架包括應用支持子層（ＡＰＳ）、Ｚｉｇｂｅｅ設(shè)備對象（ＺＤＯ）以及由制造商設(shè)定的應用對象。３．２溫濕度采集程序ＳＨＴ１０監(jiān)測大棚農(nóng)業(yè)環(huán)境溫、濕度信息的流程如圖３所示。測量農(nóng)業(yè)環(huán)境溫濕度分幾個步驟：１）發(fā)送“啟動傳輸時序”，對ＳＨＴ１０進行初始化。２）發(fā)送