基于無線傳感器網絡的節水灌溉管制系統

農業灌溉是我國的用水大戶，其用水量約占總用水量的70％。據統計，因干旱我國糧食每年平均受災面積達兩千萬公頃，耗損糧食占全國因災減產糧食的 50％50％。耐久以來，由于技術、維護水平落后，招致灌溉用水糜費十分嚴重，農業灌溉用水的使用率僅40％40％。假設依據監測土壤墑情信息，及時控制灌溉機遇和水量，能夠有效提高用水效率。而人工定時測量墑情，不但消耗大量人力，并且做不到及時監控；采用有線測控系統，則須要較高的布線本錢，不便于擴展，并且給農田耕作帶來不便。因而，設計一種基于無線傳感器網絡的節水灌溉控制系統，該系統首要由低功耗無線傳感網絡節點議決ZigBee自組網方式構成，從而防止了布線的不便、靈敏性較差的缺陷，完成土壤墑情的延續在線監測，農田節水灌溉的自動化控制，既提高灌溉用水使用率，緩解我國水資源日趨緊張的矛盾，也為作物生長提供良好的生長環境。
　　1 系統構架
　　1．1 無線傳感器網絡
　　無線傳感器網絡技術使用在該節水灌溉控制系統中，其中心技術是ZigBee自組網技術。 ZigBee是一種低龐雜度、低功耗、低數據率、低本錢、高牢靠信度、大網絡容量的雙向無線通訊技術。由使用層、網絡層、介質接人控制層和物理層組成。 ZigBee網絡中的配備分為全功用配備(Full Function Device，FFD)和簡化功用配備(RedUCe Function Device，RFD)兩種。 ZigBee網絡支持星型網、樹狀網和網狀網三種拓撲構造。本系統采用混合網，底層為多個ZigBee監測網絡，擔任監測數據的采集。每個ZigBee監測網絡有一個網關節點和若干的土壤溫濕度數據采集節點。監測網絡采用星型構造，網關節點作為每個監測網絡的基站。網關節點具有雙重功用，一是充任網絡協調器的角色，擔任網絡的自動樹立和維護、數據聚集；二是作為監測網絡與監控中心的接口，與監控中心傳遞信息。此系統具有自動組網功用，無線網關不斷處于監聽形態，新添加的無線傳感器節點會被網絡自動發覺，這時無線路由會把節點的信息送給無線網關，有無線網關舉行編址并計算其路由信息，更新數據轉宣布和配備關聯表等。
1．2 系統體系構造
　　該系統以單片機為控制中心，由無線傳感節點(RFD)、無線路由節點(FFD)、無線網關(FFD)、監控中心四大局部組成，議決ZigBee自組網，監控中心、無線網關之間議決GPRS舉行墑情及控制信息的傳遞。每個傳感節點議決溫濕度傳感器，自動采集墑情信息，并結合預設的濕度上下限舉行剖析，判別能不能須要灌溉及什么時辰中止。每個節點議決太陽能電池供電，電池電壓被隨時監控，一旦電壓過低，節點會發出電壓過低的報警信號，發送成功后，節點進入睡眠形態直到電量充足。其中無線網關銜接ZigBee無線網絡與GPRS網絡，是基于無線傳感器網絡的節水灌溉控制系統的中心局部，擔任無線傳感器節點的維護。傳感器節點與路由節點自主構成一個多跳的網絡。溫濕度傳感器散布于監測區域內，將采集到的數據發送給就近的無線路由節點，路由節點依據路由算法挑選最好路由，樹立相應的路由列表，其中列表中包含本身的信息和鄰居網關的信息。議決網關把數據傳給遠程監控中心，便于用戶遠程監控維護。本文設計的基于無線傳感器網絡的節水灌溉控制系統組成框圖如圖1所示。