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基于ZigBee技术的大规模农业 灌溉控制数据传输方案 重庆勤智科技有限公司 基于ZigBee技术的大规模农业灌溉控制数据传输方案 一、 前言 水对于农业生产的意义是不言而喻的，它是农业生物体生长、发育与产量形成不可缺少的因素，而且其需要量很大。在生物体不同生长发育时期，对水分的要求不同；而诸多因素可以影响作物体的水分需求。为了提高水分的利用效率，提高农作物的产量，实施灌溉控制就成为了一个必需要解决的问题。 农业的灌溉控制并不是简单的对浇灌阀门的控制，要实现对农业作物需水的有效控制就需要了解土壤水分、土壤水势的分布，土壤-作物-大气系统中的气态水的运动，植物水分的散失，以及土壤水分的有效性问题，还要了解降水、空气湿度等的影响。这些影响灌溉控制的数据量都要通过各种传感器进行采集，但是如何在野外没有电力和网络支持的环境下组建一个低功耗、低成本、高可靠性的传感器网络来实现对采集数据的传输就成为了一个需要解决的难题。 现在应用比较广泛的无线传输技术主要有WLAN、工业无线微波、GPRS、蓝牙、ZigBee。WLAN和工业无线微波的传输速率高，距离远，但是大规模使用的成本高，功耗大，对速率要求不高的传感器网络来说并不适合。GPRS的传输距离远，速率适中，但由于要使用第三方的网络所以后期使用成本比较高。蓝牙的传输距离过短，而且同一个局域网最多内只能有7个终端设备，也不能使用在大范围的传感器网络上。ZigBee无线传输技术具有低功耗、低成本、低数据率、传输距离适中的特点，同一局域网内最多可以容纳65000个节点设备，所以ZigBee无线传输技术正是组建大规模传感器网络的最佳选择。 二、 ZigBee技术简介 1、概述 ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据率、低成本、低复杂度的无线网络技术。ZigBee技术基于 IEEE 802.15.4无线物理层标准，在继承IEEE 802.15.4省电、简单、成本低的规格的同时又增加了逻辑网络、网络安全和应用层，使其网络安全性和可应用性得到了很大的提高。 2、短程无线网络标准的对比 标准名称 GPRS/GSM 1xRTT/CDMA Wi-Fi 802.11b Bluetooth 802.15.1 ZigBee 802.15.4 应用重点 广阔范围 声音数据 Web、Email、图像 电缆替代品 监测控制 系统资源 16MB＋ 1MB＋ 250KB＋ 4KB－32KB 电池寿命（天） 1～7 0．5～5 1～7 100～1000＋ 网络大小 1 32 7 255/65000 带宽（KB/s） 64～128＋ 11000＋ 720＋ 20～250 传输距离（米） 1000＋ 1～100 1～10+ 1～100+ 成功尺度 覆盖面大，质量 速度，灵活性 价格便宜，方便 可靠，低功耗，价格便宜 3、ZigBee网络设备类型 一个完整的ZigBee网络由以下三种设备组成： 网络协调器（CFD）：包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由信息、不断地接收信息。 全功能设备（FFD）：可以担任网络协调者，形成网络，让其它的FFD或是精简功能装置（RFD）连结，FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输。附带由标准指定的全部802.15.4功能和所有特征。具有更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用。同时该设备也可以用作终端设备。 精简功能设备（RFD）：RFD只能传送信息给FFD或者从FFD接收信息。RFD附带有限的功能来控制成本和复杂性，通常在网络中用作终端设备。 4、ZigBee网络拓扑结构 a、星形网络 b、簇状网络 c、网状网络 网络协调器 全功能设备（FFD）：可以支持任何一种拓扑结构，可以作为网络协商者和普通协商者，并且可以可以和任何一种设备通信。 精简功能设备（RFD）：只支持星形结构，不能成为任何协商者，可以和网络协商者进行通信。 5、ZigBee网状（MESH）网络 MESH网状网络拓扑结构具有强大的功能，网络可以通过多级跳的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈的功能。通过上图可以知道ZigBee网络只有一个网络协调器，但是可以有若干个路由器。协调器负责整个网络的建网，同时它也可作为与其它类型网络的通讯节点，即作为网关存在。构成协调器和路由器的必须是全功能器件（FFD），构成终端设备的可以是全功能器件(FFD)，也可以是简化功能器件（RFD）。 6、ZigBee的技术优势 数据传输