耐高溫高濕無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)研發(fā).pdf

1、溫室溫度、濕度、光照強(qiáng)度和水肥成分是影響作物生長(zhǎng)的主要因素，實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)這些參數(shù)對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高作物產(chǎn)量有著重要意義。結(jié)合無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，搭建無(wú)線(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的有效途徑。本文針對(duì)夏季長(zhǎng)江下游溫室高溫高濕環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合栽培環(huán)境和基質(zhì)多參數(shù)檢測(cè)要求，設(shè)計(jì)了通用耐高溫高濕無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)。
　　首先，基于ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)，上位機(jī)作為管理節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建了適合溫室的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，

2、實(shí)現(xiàn)栽培環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度以及栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率和溫度值的自動(dòng)檢測(cè)。
　　其次，結(jié)合栽培環(huán)境和栽培基質(zhì)兩種多參數(shù)復(fù)合式傳感器，以CC2430無(wú)線(xiàn)模塊作為處理核心，設(shè)計(jì)通用的無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)硬件電路和軟件程序。硬件電路包括電源轉(zhuǎn)換電路、節(jié)點(diǎn)內(nèi)部溫濕度監(jiān)控電路、通用接口電路，并基于降熱噪聲、輻射噪聲和傳導(dǎo)噪聲方法，對(duì)電路板結(jié)構(gòu)、器件布局和布線(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化;軟件程序根據(jù)節(jié)點(diǎn)性質(zhì)的不同調(diào)用不同模塊，實(shí)現(xiàn)通用性，通過(guò)降低算法復(fù)雜度、節(jié)

3、約時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)等手段，從提高執(zhí)行效率方面優(yōu)化程序。
　　再次，依據(jù)夏季晴天和雨天溫室環(huán)境溫濕度變化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)外體，提出相變冷卻與自然冷卻結(jié)合的組合式的散熱方法和粘土干燥劑與硅膠干燥劑結(jié)合的雙重固體吸附的除濕方法。通過(guò)吸熱盒空腔內(nèi)填充的由硬脂酸、月桂酸、石墨粉混合而成的固-液相變吸熱劑吸收熱量，以及殼體外表面涂抹熱反射涂料加快自然散熱速率的方式，達(dá)到耐高溫目的，通過(guò)吸熱盒與外殼之間的粘±干燥劑和吸熱盒內(nèi)部的硅膠干燥劑吸附

4、水蒸氣的方式，達(dá)到耐高濕目的。根據(jù)施羅德原理繪制了硬脂酸和月桂酸的二元體系相圖，以吸熱劑熔點(diǎn)39.6℃，確定硬脂酸與月桂酸摩爾比為0.16∶0.84。對(duì)散熱除濕理論計(jì)算分析得到:統(tǒng)計(jì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)一天中各時(shí)段的受熱量及溫升，在12～18時(shí)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部溫度有可能高于吸熱劑熔點(diǎn)，通過(guò)吸熱劑作用，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部溫度理論上可保持在50℃以下，達(dá)到耐高溫要求;通過(guò)計(jì)算節(jié)點(diǎn)內(nèi)部單位時(shí)間內(nèi)水蒸氣擴(kuò)散量（1.68*10-8g·s-1）和干燥劑可吸濕量(0.4g)，干燥

5、劑理論上可有效工作6700h，能夠達(dá)到耐高濕要求。
　　最后，基于COMSOL軟件建立溫室溫濕度變化模型和無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)傳熱傳濕模型，仿真分析無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部溫度和濕度變化，得到:節(jié)點(diǎn)內(nèi)部最高溫度在45℃以下，相對(duì)濕度在60.9％以?xún)?nèi)。節(jié)點(diǎn)耐高溫高濕實(shí)際試驗(yàn)分析得到:在極端條件（環(huán)境溫度有6個(gè)小時(shí)在40℃以上，其中3個(gè)小時(shí)達(dá)到了60℃）下，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部最高溫度保持在50℃以?xún)?nèi)，比現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)降低了15℃以上;保持環(huán)境相對(duì)濕度95％，節(jié)點(diǎn)