基于ZigBee無(wú)線感測(cè)器網(wǎng)絡(luò)的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、中國(guó)作為農(nóng)業(yè)和人口大國(guó)，農(nóng)業(yè)千百年來(lái)一直占據(jù)我國(guó)重要戰(zhàn)略地位。雖幾經(jīng)滄海桑田，卻仍舊難以有效改觀我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)內(nèi)唐犁宋鋤般的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀。特別對(duì)于農(nóng)業(yè)灌溉方面，高耗低能的溝灌與漫灌方式依舊四處盛行，不僅造成了極大地資源浪費(fèi)，與全球范圍內(nèi)日趨緊張的水資源供需形勢(shì)格格不入，而且嚴(yán)重阻礙了我國(guó)農(nóng)業(yè)健康持久地發(fā)展。針對(duì)上述現(xiàn)狀，本文利用物聯(lián)網(wǎng)、感測(cè)器和互聯(lián)網(wǎng)通信等現(xiàn)代化技術(shù)研究設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee無(wú)線感測(cè)器網(wǎng)絡(luò)的智能灌溉系統(tǒng)，旨在提

2、高農(nóng)業(yè)灌溉的效率及其智能化程度，促進(jìn)作物增產(chǎn)增收。本論文主要涵括如下工作:
　　(1)智能灌溉系統(tǒng)總體架構(gòu)方案設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、感測(cè)器和互聯(lián)網(wǎng)通信等相關(guān)技術(shù)的分析研究，確定了以Mesh拓?fù)湫蚙igBee無(wú)線感測(cè)器網(wǎng)絡(luò)感測(cè)作物生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)并執(zhí)行灌溉任務(wù)指令、以GPRS網(wǎng)關(guān)模組向遠(yuǎn)端伺服器傳送作物生長(zhǎng)環(huán)境感測(cè)數(shù)據(jù)、以遠(yuǎn)端伺服器為控制中樞分析感測(cè)數(shù)據(jù)并藉由GPRS網(wǎng)絡(luò)控導(dǎo)灌溉系統(tǒng)運(yùn)作的系統(tǒng)架構(gòu)方案。其中，ZigBee無(wú)線感測(cè)器網(wǎng)絡(luò)涵括

3、感測(cè)、路由、執(zhí)行和網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器等節(jié)點(diǎn)，分別負(fù)責(zé)感測(cè)作物生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)封包、執(zhí)行灌溉指令和建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)及其對(duì)外Internet連接。
　　(2)智能灌溉系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)選型和設(shè)計(jì)工作。硬件選型工作在多項(xiàng)量化指標(biāo)的指導(dǎo)下，研究和對(duì)比了主流ZigBee SoC解決方案，從而確定了基于CC2530ZigBee芯片的無(wú)線感測(cè)器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建方案。并根據(jù)CC2530芯片特性完成了各類型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所需外圍硬件設(shè)備的選型。硬件設(shè)計(jì)工作完成

4、了各類型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及其附屬功能模組的硬件電路設(shè)計(jì)，并分析了上述電路的設(shè)計(jì)原理，完成了部分主要電路的性能測(cè)試與分析，同時(shí)確定了各類型節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的布設(shè)方案。
　　(3)ZigBee無(wú)線感測(cè)器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件系統(tǒng)以及智能灌溉系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)工作。節(jié)點(diǎn)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型功能特性，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序，并分析了各節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序的運(yùn)作流程。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)工作首先通過(guò)平臺(tái)需求分析而確定了基于B/S架構(gòu)類型的平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，并

5、規(guī)劃完成平臺(tái)功能組織結(jié)構(gòu)，繼而完成伺服器程序系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和前端頁(yè)面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與測(cè)試。
　　(4)ZigBee無(wú)線感測(cè)器網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化。為保證戶外網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作安全而設(shè)計(jì)了能監(jiān)測(cè)本地大氣電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)并向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)布雷電預(yù)警信息的電子防雷系統(tǒng)。為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸效率而研究了ZigBee網(wǎng)絡(luò)封包路由算法，并在此基礎(chǔ)之上通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真分析選定了按需路由(BOS)的網(wǎng)絡(luò)封包路由策略。為提高無(wú)線感測(cè)器網(wǎng)絡(luò)感測(cè)精度而設(shè)計(jì)了系數(shù)自整定數(shù)據(jù)融合算法。