基于ZigBee技術的節水灌溉系統設計

摘要：為了大范圍、低成本實現智能節水灌溉，采用ZigBee無線傳感器網絡技術，提出了一種利用S3C2440與CC2430作為主控芯片的節水灌溉系統設計方案。系統通過CC2430的串口采集土壤濕度傳感器數據，并將數據通過ZigBee無線網絡上傳給數據處理中心；數據處理中心由CC2430通過串口將接收到的數據傳遞給S3C2440，同時采用SD卡進行存儲，并通過光纖以太網接口將數據進行遠端傳輸。經過SmartRFStudio信號軟件和Linux下的Hping指令測試，灌溉系統連續7天無故障運行，完全達到系統設計指標。
關鍵詞：ZigBee；節水灌溉系統；數據處理中心；混合型網絡

0 引言
21世紀水資源正在變成一種寶貴的稀缺資源，推廣節水灌溉也已成為世界各國為緩解水資源危機和實現農業現代化的必然選擇。我國智能化節水灌溉才剛剛起步，一個比較關鍵的技術瓶頸就是如何實現數據通信，有些大型農場通過GPRS模塊來實現信息的交互，取得了一定的成效，但是這種系統設計成本與日常維護費用較高，不利于推廣。基于這種現狀，本文提出一種基于ZigBee無線傳感器網絡韻設計方案，并根據農田的特殊條件，設計出一套節水灌溉系統，避免了依附于其他通信網絡所產生的額外費用。

1 系統平臺整體設計方案
按照功能需求，硬件平臺共可分為以下五個部分：數據采集站，傳輸基站，數據處理中心，遠程監測站以及電磁閥控制站。圖1為系統的硬件平臺結構圖。

系統中各部分的功能與工作流程如下：首先根據農田的管道分布情況，以及ZigBee無線節點的有效通信距離，將灌溉區分割為數塊獨立的灌溉控制單元，在每個單元中設有一個或數個傳輸基站和若干分布在農田不同位置的數據采集站，數據采集站通過與其連接的傳感器采集土壤濕度參數，并將數據定時傳送給傳輸基站；傳輸基站負責管理其管轄區域內的各個數據采集站，當數據處理中心詢問數據時，傳輸基站將數據進行第一級融合后以Ad hoc的方式上傳給數據處理中心；數據處理中心首先對接收到的數據進行聚類、存儲并與其他的參數(如氣象信息、水文地理信息、專家系統以及作物的特征信息等)按照一定算法實現第二級融合，做出初步判決，并將判決結果連同部分關鍵數據通過光纖以太網或者GPRS模塊傳送給遠程監測站，請求經驗豐富的工作人員做最后的判決，并將判決信息返回給數據處理中心，數據處理中心根據判決結果向電磁閥控制端發送控制指令；電磁閥控制端根據接收到的控制指令執行灌溉控制，到此，一個完整的系統工作過程結束。

2 系統硬件部分設計
本系統硬件平臺的核心部分為數據處理中心，它負責管理整個ZigBee無線網絡，實現整個網絡的數據匯集、存儲、融合以及數據的遠端傳輸等。