基于无线传感器网络的节水灌溉管制系统
农业灌溉是我国的用水大户,其用水量约占总用水量的70%。据统计,因干旱我国粮食每年平均受灾面积达两千万公顷,耗损粮食占全国因灾减产粮食的 50%50%。耐久以来,由于技术、维护水平落后,招致灌溉用水糜费十分严重,农业灌溉用水的使用率仅40%40%。假设依据监测土壤墒情信息,及时控制灌溉机遇和水量,能够有效提高用水效率。而人工定时测量墒情,不但消耗大量人力,并且做不到及时监控;采用有线测控系统,则须要较高的布线本钱,不便于扩展,并且给农田耕作带来不便。因而,设计一种基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统,该系统首要由低功耗无线传感网络节点议决ZigBee自组网方式构成,从而防止了布线的不便、灵敏性较差的缺陷,完成土壤墒情的延续在线监测,农田节水灌溉的自动化控制,既提高灌溉用水使用率,缓解我国水资源日趋紧张的矛盾,也为作物生长提供良好的生长环境。
1系统构架
1.1 无线传感器网络
无线传感器网络技术使用在该节水灌溉控制系统中,其中心技术是ZigBee自组网技术。 ZigBee是一种低庞杂度、低功耗、低数据率、低本钱、高牢靠信度、大网络容量的双向无线通讯技术。由使用层、网络层、介质接人控制层和物理层组成。 ZigBee网络中的配备分为全功用配备(Full Function Device,FFD)和简化功用配备(RedUCe Function Device,RFD)两种。 ZigBee网络支持星型网、树状网和网状网三种拓扑构造。本系统采用混合网,底层为多个ZigBee监测网络,担任监测数据的采集。每个ZigBee监测网络有一个网关节点和若干的土壤温湿度数据采集节点。监测网络采用星型构造,网关节点作为每个监测网络的基站。网关节点具有双重功用,一是充任网络协调器的角色,担任网络的自动树立和维护、数据聚集;二是作为监测网络与监控中心的接口,与监控中心传递信息。此系统具有自动组网功用,无线网关不断处于监听形态,新添加的无线传感器节点会被网络自动发觉,这时无线路由会把节点的信息送给无线网关,有无线网关举行编址并计算其路由信息,更新数据转宣布和配备关联表等。
1.2 系统体系构造
该系统以单片机为控制中心,由无线传感节点(RFD)、无线路由节点(FFD)、无线网关(FFD)、监控中心四大局部组成,议决ZigBee自组网,监控中心、无线网关之间议决GPRS举行墒情及控制信息的传递。每个传感节点议决温湿度传感器,自动采集墒情信息,并结合预设的湿度上下限举行剖析,判别能不能须要灌溉及什么时辰中止。每个节点议决太阳能电池供电,电池电压被随时监控,一旦电压过低,节点会发出电压过低的报警信号,发送成功后,节点进入睡眠形态直到电量充足。其中无线网关衔接ZigBee无线网络与GPRS网络,是基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的中心局部,担任无线传感器节点的维护。传感器节点与路由节点自主构成一个多跳的网络。温湿度传感器散布于监测区域内,将采集到的数据发送给就近的无线路由节点,路由节点依据路由算法挑选最好路由,树立相应的路由列表,其中列表中包含本身的信息和邻居网关的信息。议决网关把数据传给远程监控中心,便于用户远程监控维护。本文设计的基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统组成框图如图1所示。
2 硬件设计
2.1 传感器节点模块
土壤水分是作物生长的首要性限定要素,土壤墒情信息的精确采集是举行农田的节水灌溉、最优调控的根本和保证,关于节水技术有效的施行具相首要性的作用。本系统传感器节点硬件构造如图2所示。
系统采用TDR-3A型土壤温湿度传感器,该传感器集温度和湿度测量于一体,具有密封、防水、精度高的特征,是测量土壤温湿度的理想仪器。温度的量程是 -40~+80℃,精度为±0.2℃;湿度的量程是0~100%,在O~50%范围内精度为±2%。温湿度传感器输出信号是4~20 mA的规范电流环,在主控制器电路上先举行I/U转换,然后举行A/D转换为数字信号后议决射频天线发射出去。电流变换器采用RCV420JP芯片,该芯片集成电阻网络、运算扩大器和规范的10 V基准电压源,能够将4~20 mA的电流环转换成0~5 V的电压输出。平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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