基于ZigBee無線感測器網(wǎng)絡(luò)的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、中國作為農(nóng)業(yè)和人口大國，農(nóng)業(yè)千百年來一直占據(jù)我國重要戰(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)營現(xiàn)狀。特別對于農(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，與全球范圍內(nèi)日趨緊張的水資源供需形勢格格不入，而且嚴重阻礙了我國農(nóng)業(yè)健康持久地發(fā)展。針對上述現(xiàn)狀，本文利用物聯(lián)網(wǎng)、感測器和互聯(lián)網(wǎng)通信等現(xiàn)代化技術(shù)研究設(shè)計了一套基于ZigBee無線感測器網(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。通過對物聯(lián)網(wǎng)、感測器和互聯(lián)網(wǎng)通信等相關(guān)技術(shù)的分析研究，確定了以Mesh拓撲型ZigBee無線感測器網(wǎng)絡(luò)感測作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)并執(zhí)行灌溉任務(wù)指令、以GPRS網(wǎng)關(guān)模組向遠端伺服器傳送作物生長環(huán)境感測數(shù)據(jù)、以遠端伺服器為控制中樞分析感測數(shù)據(jù)并藉由GPRS網(wǎng)絡(luò)控導(dǎo)灌溉系統(tǒng)運作的系統(tǒng)架構(gòu)方案。其中，ZigBee無線感測器網(wǎng)絡(luò)涵括

3、感測、路由、執(zhí)行和網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器等節(jié)點，分別負責感測作物生長環(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)及其對外Internet連接。
　　(2)智能灌溉系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)選型和設(shè)計工作。硬件選型工作在多項量化指標的指導(dǎo)下，研究和對比了主流ZigBee SoC解決方案，從而確定了基于CC2530ZigBee芯片的無線感測器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(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)點所需外圍硬件設(shè)備的選型。硬件設(shè)計工作完成

4、了各類型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點及其附屬功能模組的硬件電路設(shè)計，并分析了上述電路的設(shè)計原理，完成了部分主要電路的性能測試與分析，同時確定了各類型節(jié)點對應(yīng)的布設(shè)方案。
　　(3)ZigBee無線感測器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟件系統(tǒng)以及智能灌溉系統(tǒng)遠程監(jiān)控平臺的設(shè)計工作。節(jié)點軟件系統(tǒng)設(shè)計工作根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點類型功能特性，設(shè)計了相應(yīng)的節(jié)點應(yīng)用程序，并分析了各節(jié)點應(yīng)用程序的運作流程。遠程監(jiān)控平臺的設(shè)計工作首先通過平臺需求分析而確定了基于B/S架構(gòu)類型的平臺設(shè)計方案，并

5、規(guī)劃完成平臺功能組織結(jié)構(gòu)，繼而完成伺服器程序系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和前端頁面系統(tǒng)的設(shè)計與測試。
　　(4)ZigBee無線感測器網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化。為保證戶外網(wǎng)絡(luò)節(jié)點工作安全而設(shè)計了能監(jiān)測本地大氣電場場強并向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(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)之上通過計算機仿真分析選定了按需路由(BOS)的網(wǎng)絡(luò)封包路由策略。為提高無線感測器網(wǎng)絡(luò)感測精度而設(shè)計了系數(shù)自整定數(shù)據(jù)融合算法。