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基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统

基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统

本文摘要:为提升灌溉用水利用率,减轻水资源日益紧绷的对立,使用基于ZigBee技术的无线传感网络与GPRS网络结合的体系结构,基于CC2530芯片设计无线节点,研发了此节水灌溉控制系统。该系统以单片机为掌控核心,由无线传感器节点、无线路由节点、无线网关、监控中心四部分构成,能动态监测土壤温湿变化,根据土壤墒情和作物用水规律实行精准灌溉。系统构建了节水灌溉的自动化掌控,有助提高农业灌溉用水的利用率和灌溉系统自动化的水平广泛较低的现状。

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为提升灌溉用水利用率,减轻水资源日益紧绷的对立,使用基于ZigBee技术的无线传感网络与GPRS网络结合的体系结构,基于CC2530芯片设计无线节点,研发了此节水灌溉控制系统。该系统以单片机为掌控核心,由无线传感器节点、无线路由节点、无线网关、监控中心四部分构成,能动态监测土壤温湿变化,根据土壤墒情和作物用水规律实行精准灌溉。系统构建了节水灌溉的自动化掌控,有助提高农业灌溉用水的利用率和灌溉系统自动化的水平广泛较低的现状。农业灌溉是我国的用水大户,其用水量大约占到总用水量的70%。

多达,因旱季我国粮食每年平均值受灾面积约两千万公顷,损失粮食占到全国因灾减产粮食的50%50%。长期以来,由于技术、管理水平领先,造成灌溉用水浪费十分相当严重,农业灌溉用水的利用率仅有40%40%。如果根据监测土壤墒情信息,实时控制灌溉时机和水量,可以有效地提升用水效率。

而人工定点测量墒情,不但花费大量人力,而且做到将近动态监控;使用有线测控系统,则必须较高的布线成本,不便于拓展,而且给农田耕作带给不便。因此,设计一种基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统,该系统主要由低功耗无线传感网络节点通过ZigBee自组网方式包含,从而防止了布线的不便、灵活性较好的缺点,构建土壤墒情的倒数在线监测,农田节水灌溉的自动化掌控,既提升灌溉用水利用率,减轻我国水资源日益紧绷的对立,也为作物生长获取较好的生长环境。1系统构架1.1无线传感器网络无线传感器网络技术应用于在该节水灌溉控制系统中,其核心技术是ZigBee自组网技术。ZigBee是一种较低复杂度、低功耗、较低数据亲率、低成本、低可信信度、大网络容量的双向无线通信技术。

由应用层、网络层、介质相接人掌控层和物理层构成。ZigBee网络中的设备分成全功能设备(FullFunctionDevice,FFD)和修改功能设备(ReduceFunctionDevice,RFD)两种。ZigBee网络反对星型网、树状网和网状网三种流形结构。

本系统使用混合网,底层为多个ZigBee监测网络,负责管理监测数据的收集。每个ZigBee监测网络有一个网关节点和若干的土壤温湿度数据采集节点。监测网络使用星型结构,网关节点作为每个监测网络的基站。

网关节点具备双重功能,一是当作网络协商器的角色,负责管理网络的自动创建和确保、数据汇聚;二是作为监测网络与监控中心的模块,与监控中心传递信息。此系统具备自动组网功能,无线网关仍然正处于监听状态,新的加到的无线传感器节点不会被网络自动找到,这时无线路由不会把节点的信息赠送给无线网关,有无线网关展开编址并计算出来其路由信息,改版数据并转公开发表和设备关联表等。1.2系统体系结构该系统以单片机为掌控核心,由无线传感节点(RFD)、无线路由节点(FFD)、无线网关(FFD)、监控中心四大部分构成,通过ZigBee自组网,监控中心、无线网关之间通过GPRS展开墒情及掌控信息的传送。

每个传感节点通过温湿度传感器,自动收集墒情信息,并融合预设的湿度上上限展开分析,辨别否必须灌溉及何时暂停。每个节点通过太阳能电池供电,电池电压被随时监控,一旦电压过较低,节点不会收到电压过较低的报警信号,发送到顺利后,节点转入睡眠中状态直到电量充裕。其中无线网关相连ZigBee无线网络与GPRS网络,是基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的核心部分,负责管理无线传感器节点的管理。传感器节点与路由节点自律构成一个多跳跃的网络。

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温湿度传感器产于于监测区域内,将收集到的数据发送给以备的无线路由节点,路由节点根据路由算法自由选择最佳路由,建立相应的路由列表,其中列表中还包括自身的信息和一家人网关的信息。通过网关把数据传授给远程监控中心,便于用户远程监控管理。

本文设计的基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统构成框图如图1右图。2硬件设计2.1传感器节点模块土壤水分是作物生长的关键性容许因素,土壤墒情信息的精确收集是展开农田的节水灌溉、拟合调控的基础和确保,对于节水技术有效地的实行具备关键性的起到。本系统传感器节点硬件结构如图2右图。

系统使用TDR-3A型土壤温湿度传感器,该传感器集温度和湿度测量于一体,具备密封、透气、精度高的特点,是测量土壤温湿度的理想仪器。温度的量程是-40~+80℃,精度为0.2℃;湿度的量程是0~100%,在O~50%范围内精度为2%。

温湿度传感器输入信号是4~20mA的标准电流的环,在主控制器电路上再行展开I/U切换,然后展开A/D切换为数字信号后通过射频天线升空过来。电流变换器使用RCV420JP芯片,该芯片构建电阻网络、运算放大器和标准的10V基准电压源,需要将4~20mA的电流的环转换成0~5V的电压输入。

信号调理电路如图3右图。


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