基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)

2．2 無線通信模塊
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的通信系統(tǒng)是建立在ZigBee無線通信技術(shù)和GPRS的基礎(chǔ)上。ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，有2．4 GHz(全球)、915 MHz(美國)及868 MHz(歐洲)三種工作頻帶。本系統(tǒng)采用目前是傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先選擇的全球通用頻段――2．4 GHz，傳輸速率為250 KB／s，該頻段在大多數(shù)國家都無需申請?jiān)S可證。
無線傳感節(jié)點(diǎn)(RFD)、無線路由節(jié)點(diǎn)(FFD)、無線網(wǎng)關(guān)(FFD)的通信模塊均采用CC2530芯片，在結(jié)構(gòu)上也有一定的一致性，這里只詳細(xì)介紹無線網(wǎng)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)。網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的控制和管理，實(shí)現(xiàn)信息的融合處理，他連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)兩種通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，同時(shí)發(fā)布監(jiān)測終端的任務(wù)，并把收集到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

網(wǎng)關(guān)采用華為GPRS通信模塊GTM900C和TI公司的ZigBee射頻芯片模塊CC2530。GTM900CGPRS模塊支持GSM900／1800雙頻，提供電源接口、模擬音頻接口、標(biāo)準(zhǔn)SIM卡接口和UART接口，支持語音業(yè)務(wù)、短消息業(yè)務(wù)、GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。CC2530是ZigBee新一代SoC芯片，擁有多達(dá)256 B的快閃記憶體，允許芯片無線下載，支持系統(tǒng)編程，提供了101 dB的鏈路質(zhì)量，優(yōu)秀的接收器靈敏度和健壯的抗干擾性。此外，CC2530結(jié)合了一個(gè)完全集成的，高性能的RF收發(fā)器與一個(gè)8051微處理器，8 KB的RAM，32／64／128／256 KB閃存，以及一套廣泛的外設(shè)集---包括2個(gè)USART、12位ADC和21個(gè)通用GPIO(General Purpose Input Output，通用輸入輸出)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的PC端軟件用Delphi設(shè)計(jì)管理界面，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對土壤墑情的查詢、管理、打印以及通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳遞控制命令與土壤溫濕度信息。

3 軟件設(shè)計(jì)
本節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中，監(jiān)測數(shù)據(jù)與控制命令在無線傳感節(jié)點(diǎn)、無線路由節(jié)點(diǎn)、無線網(wǎng)關(guān)和監(jiān)控中心之間傳送。傳感節(jié)點(diǎn)打開電源，初始化、建立鏈接后進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)無線網(wǎng)關(guān)接到中斷請求時(shí)觸發(fā)中斷，經(jīng)過路由節(jié)點(diǎn)激活傳感節(jié)點(diǎn)，發(fā)送或接收信息包，處理完畢后繼續(xù)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待有請求時(shí)再次激活。在同一個(gè)信道中只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可以通信，通過競爭機(jī)制來獲取信道。每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性睡眠和監(jiān)聽信道，如果信道空閑則主動(dòng)搶占信道，如果信道繁忙則根據(jù)退避算法退避一段時(shí)間后重新監(jiān)聽信道狀態(tài)。在程序設(shè)計(jì)中主要采集中斷的方法完成信息的接收和發(fā)送。

4 結(jié) 語
本文設(shè)計(jì)的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，應(yīng)用低成本、低功耗的ZigBee無線通信技術(shù)，避免了布線的不便，提高了節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的靈活性。系統(tǒng)采用高精度土壤溫濕度傳感器，根據(jù)土壤墑情和作物用水規(guī)律實(shí)施精準(zhǔn)灌溉，不但能有效解決農(nóng)業(yè)灌溉用水利用率低的問題，緩解水資源日趨緊張的矛盾，而且還為作物提供了更好的生長環(huán)境，充分發(fā)揮現(xiàn)有節(jié)水設(shè)備的作用，優(yōu)化調(diào)度，提高效益，使灌溉更加科學(xué)、方便，提高管理水平。本系統(tǒng)操還支持對有關(guān)參數(shù)的人工修改和遠(yuǎn)程控制，適用于多種作物，能增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，降低農(nóng)產(chǎn)品的灌溉成本，提高灌溉質(zhì)量，具有很大的推廣價(jià)值。此外，配置不同的傳感器，該系統(tǒng)可以構(gòu)成不同功能的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。