基于zigbee无线网络的土壤墒情监控系统.pdf

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1、第27卷第4期2302011年4月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27NO．4Apr．2011基于zigbee无线网络的土壤墒情监控系统胡培金，江挺，赵燕东※(北京林业大学工学院，北京100083)摘要：为了提高农业灌溉用水利用率，针对传统有线网络采集布线复杂和成本高的缺点，该文设计了一套基于Zigbee无线网络和CC2430MCU的土壤墒情监测系统。该系统综合了Zigbee无线网络自行组网、自行愈合和超低功耗的优点，采用太阳能电池供电，能实时监测和记录土壤墒情信息，为进一步制定节水灌溉策略提供

2、有力的数据支持。初步试验结果表明，该系统运行稳定，丢包率低，能及时准确的监控土壤墒情信息，并将土壤含水率维持在适合植物生长的最佳含水量的范围之内。研究结果可为进一步开发更精准的自动灌溉系统提供数据支持。’关键词：CC2430，土壤墒情，zigbee，监控系统，灌溉doi：10．39690．issn．1002—6819．2011．04．040中图分类号：TP274+．5文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)-04-0230-05胡培金，江挺，赵燕东．基于zigbee无线网络的土壤墒情监控系统[J]．农业工程学报，

3、2011，27(4)：230--234．HuPekin，JiangTing，ZhaoYandong．Monitoringsystemofsoilwatercontentbasedonzigbeewirelesssensornetwork【J】．TransactionsoftheCSAE，2011，27(4)：230--234．(inChinesewithEnglishabstract)0引言1系统设计中国水资源总量占世界水资源总量的7％，水资源总量位居世界第6位，但是人均淡水资源量只有2200m3，居世界第119位，是世界人均

4、占有量的1／4，是全球13个贫水国之一。中国是农业大国，由于多年来采取传统的大水漫灌方式，目前中国农业用水的有效利用率仅为40％左右，远低于发达国家70％～80％的水平，因此提高农业灌溉用水利用率已成为研究的热门课题。随着信息化浪潮的到来和无线网络技术的发展，越来越高的技术已融入到节水灌溉当中，土壤墒情信息的采集是绝大多数节水灌溉技术的基础。Zigbee技术是一种低成本、低功耗的近距离无线组网通信技术，其自组网、自愈和、多组网方式、三级安全模式等优点，为无线网络的建立带来方便。靳广超等[1】提出了一种基于zigbee无线网络的

5、土壤墒情检测系统，但仅限于监测土壤墒情而没有控制功能：王建等[2】提出的基于zigbee土壤墒情监控系统，通过控制电磁阀的开闭来控制灌溉区域的土壤含水率，但是这套系统还需要市电的支持，并且控制策略过于简单。综合以上2种系统的优缺点，本文设计了一套基于无线传感器网络的土壤墒情监控系统，该系统整个监测和控制的过程都实现无线化，并能在上位机中自行设定灌溉阈值和灌溉时间以达到精准灌溉的目的，而且价格大大低于进口产品价格，便于推广使用。收稿日期：2010-09．25修订日期：2010-12．12基金项目：林业公益性行业科研专项(2007

6、04040)：2008北京市教育委员会共建项目(2008BJKY01)共同资助作者简介：胡培金(1984一)，男，江西人，主要研究方向为嵌入式系统设计。北京北京林业大学工学院，100083。Email：pe日inl984国163．com※通信作者：赵燕东(1965一)，女，山东人，博士，副教授，主要研究方向为智能检测与信号处理。北京北京林业大学工学院，100083。1．1无线土壤墒情监测系统结构及工作原理如图1所示，无线土壤墒情监测系统由网关节点(协调器)、功能节点(路由器)组成[3】。协调器负责选择初始通信信道，初始化网络配

7、置并接受子节点加入网络，它还拥有路由器的全部功能。一个网络只能有一个协调器。路由器用于在节点间传递数据包，并允许子节点加入。协调器和路由器统称为全功能设备(FFD)【4】。Zigbee网络中还有一种终端设备，但是终端设备的作用仅限于寻找并连接路由器而不能进行数据包的路由，为了方便网络的布置，本系统中的功能节点全都设置成路由节点。系统工作原理如图2所耐51，协调器节点建立网络和配置网络当中的各种参数，一旦建网成功后协调器就充当路由器的作用。路由器节点负责上传自身或其他节点向协调器发送的数据包【loJ。图1系统结构Fig．1Fra

8、meworkofthesystem第4期胡培金等：基于zigbee无线网络的土壤墒情监控系统231图2系统工作原理图Fig．2Systemschematic协调器启动之后便进入组网流程，组网过程当中协调器按照Zigbee协议的规定，各层之间进行一系列的会话，完成新网络的参数配