耐高溫高濕無線傳感器節(jié)點研發(fā).pdf

1、溫室溫度、濕度、光照強度和水肥成分是影響作物生長的主要因素，實時在線監(jiān)測這些參數(shù)對于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高作物產(chǎn)量有著重要意義。結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，搭建無線測控系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化監(jiān)測的有效途徑。本文針對夏季長江下游溫室高溫高濕環(huán)境特點，結(jié)合栽培環(huán)境和基質(zhì)多參數(shù)檢測要求，設(shè)計了通用耐高溫高濕無線傳感器節(jié)點。
　　首先，基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點，上位機作為管理節(jié)點，構(gòu)建了適合溫室的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，

2、實現(xiàn)栽培環(huán)境溫度、濕度、光照強度以及栽培基質(zhì)含水量、電導(dǎo)率和溫度值的自動檢測。
　　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無線模塊作為處理核心，設(shè)計通用的無線傳感器節(jié)點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，對電路板結(jié)構(gòu)、器件布局和布線進行了優(yōu)化;軟件程序根據(jù)節(jié)點性質(zhì)的不同調(diào)用不同模塊，實現(xiàn)通用性，通過降低算法復(fù)雜度、節(jié)

3、約時間開銷等手段，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，設(shè)計了無線傳感器節(jié)點外體，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，達到耐高溫目的，通過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39.6℃，確定硬脂酸與月桂酸摩爾比為0.16∶0.84。對散熱除濕理論計算分析得到:統(tǒng)計計算節(jié)點一天中各時段的受熱量及溫升，在12～18時節(jié)點內(nèi)部溫度有可能高于吸熱劑熔點，通過吸熱劑作用，節(jié)點內(nèi)部溫度理論上可保持在50℃以下，達到耐高溫要求;通過計算節(jié)點內(nèi)部單位時間內(nèi)水蒸氣擴散量（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線傳感器節(jié)點傳熱傳濕模型，仿真分析無線傳感器節(jié)點內(nèi)部溫度和濕度變化，得到:節(jié)點內(nèi)部最高溫度在45℃以下，相對濕度在60.9％以內(nèi)。節(jié)點耐高溫高濕實際試驗分析得到:在極端條件（環(huán)境溫度有6個小時在40℃以上，其中3個小時達到了60℃）下，節(jié)點內(nèi)部最高溫度保持在50℃以內(nèi)，比現(xiàn)有節(jié)點降低了15℃以上;保持環(huán)境相對濕度95％，節(jié)點