基于無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)水灌溉管制系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)灌溉是我國的用水大戶，其用水量約占總用水量的70％。據(jù)統(tǒng)計，因干旱我國糧食每年平均受災面積達兩千萬公頃，耗損糧食占全國因災減產(chǎn)糧食的 50％50％。耐久以來，由于技術(shù)、維護水平落后，招致灌溉用水糜費十分嚴重，農(nóng)業(yè)灌溉用水的使用率僅40％40％。假設(shè)依據(jù)監(jiān)測土壤墑情信息，及時控制灌溉機遇和水量，能夠有效提高用水效率。而人工定時測量墑情，不但消耗大量人力，并且做不到及時監(jiān)控；采用有線測控系統(tǒng)，則須要較高的布線本錢，不便于擴展，并且給農(nóng)田耕作帶來不便。因而，設(shè)計一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)首要由低功耗無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點議決ZigBee自組網(wǎng)方式構(gòu)成，從而防止了布線的不便、靈敏性較差的缺陷，完成土壤墑情的延續(xù)在線監(jiān)測，農(nóng)田節(jié)水灌溉的自動化控制，既提高灌溉用水使用率，緩解我國水資源日趨緊張的矛盾，也為作物生長提供良好的生長環(huán)境。
　　1 系統(tǒng)構(gòu)架
　　1．1 無線傳感器網(wǎng)絡
　　無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)使用在該節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中，其中心技術(shù)是ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)。 ZigBee是一種低龐雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低本錢、高牢靠信度、大網(wǎng)絡容量的雙向無線通訊技術(shù)。由使用層、網(wǎng)絡層、介質(zhì)接人控制層和物理層組成。 ZigBee網(wǎng)絡中的配備分為全功用配備(Full Function Device，F(xiàn)FD)和簡化功用配備(RedUCe Function Device，RFD)兩種。 ZigBee網(wǎng)絡支持星型網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)三種拓撲構(gòu)造。本系統(tǒng)采用混合網(wǎng)，底層為多個ZigBee監(jiān)測網(wǎng)絡，擔任監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。每個ZigBee監(jiān)測網(wǎng)絡有一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點和若干的土壤溫濕度數(shù)據(jù)采集節(jié)點。監(jiān)測網(wǎng)絡采用星型構(gòu)造，網(wǎng)關(guān)節(jié)點作為每個監(jiān)測網(wǎng)絡的基站。網(wǎng)關(guān)節(jié)點具有雙重功用，一是充任網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的角色，擔任網(wǎng)絡的自動樹立和維護、數(shù)據(jù)聚集；二是作為監(jiān)測網(wǎng)絡與監(jiān)控中心的接口，與監(jiān)控中心傳遞信息。此系統(tǒng)具有自動組網(wǎng)功用，無線網(wǎng)關(guān)不斷處于監(jiān)聽形態(tài)，新添加的無線傳感器節(jié)點會被網(wǎng)絡自動發(fā)覺，這時無線路由會把節(jié)點的信息送給無線網(wǎng)關(guān)，有無線網(wǎng)關(guān)舉行編址并計算其路由信息，更新數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)宣布和配備關(guān)聯(lián)表等。
1．2 系統(tǒng)體系構(gòu)造
　　該系統(tǒng)以單片機為控制中心，由無線傳感節(jié)點(RFD)、無線路由節(jié)點(FFD)、無線網(wǎng)關(guān)(FFD)、監(jiān)控中心四大局部組成，議決ZigBee自組網(wǎng)，監(jiān)控中心、無線網(wǎng)關(guān)之間議決GPRS舉行墑情及控制信息的傳遞。每個傳感節(jié)點議決溫濕度傳感器，自動采集墑情信息，并結(jié)合預設(shè)的濕度上下限舉行剖析，判別能不能須要灌溉及什么時辰中止。每個節(jié)點議決太陽能電池供電，電池電壓被隨時監(jiān)控，一旦電壓過低，節(jié)點會發(fā)出電壓過低的報警信號，發(fā)送成功后，節(jié)點進入睡眠形態(tài)直到電量充足。其中無線網(wǎng)關(guān)銜接ZigBee無線網(wǎng)絡與GPRS網(wǎng)絡，是基于無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的中心局部，擔任無線傳感器節(jié)點的維護。傳感器節(jié)點與路由節(jié)點自主構(gòu)成一個多跳的網(wǎng)絡。溫濕度傳感器散布于監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給就近的無線路由節(jié)點，路由節(jié)點依據(jù)路由算法挑選最好路由，樹立相應的路由列表，其中列表中包含本身的信息和鄰居網(wǎng)關(guān)的信息。議決網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)傳給遠程監(jiān)控中心，便于用戶遠程監(jiān)控維護。本文設(shè)計的基于無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。