基于无线传感网络的温室大棚智能监控系统[精选].doc

基于无线传感网络的温室大棚智能监控系统 摘要：针对传统人工采集费时费力和有线监控布线复杂、维护困难的局限性，将传感器与ZigBee无线网络技术相结合，提出了无线传感网络的智能温室大棚监控系统的设计方案。该系统利用ZigBee技术实现对采集数据及信息的无线收发，通过公共网关接口CGI将数据和控制信息传送到互联网。操作人员可从远距离的PC机上实时查看数据、实施控制，从而实现了真正意义的远程监控。 关键词：ZigBee；无线网络；传感器；温室控制；CGI 温室控制技术随着温室农业的发展应运而生，传统的人工检测和控制方法费时费力，计算机的采用代表着它发展的逐步成熟；有线传输面临着布线复杂、维护和更新升级困难，而无线传感网络技术的诞生给它带来了一场全新的革命。 本文提出了一种基于ZigBee无线网络技术的智能温室大棚监控系统设计方案，通过对影响植物生长的光照、湿度、温度等几个重要因素进行实时的智能化监测和控制，同时还可以通过手机短信通知农户。文中重点介绍了基于ZStack的应用程序开发，实现了对温室内多种信息的远程监测、处理和控制。 1 ZigBee无线网络技术 ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术【l】。它是建立在IEEE 802．15．4t2I标准之上的，IEEE规定了ZigBee的物理层和媒体接入控制层，网络层、应用支持子层和高层应用规范由ZigBee联盟制定。ZigBee协议规定了三个可用频段868MHz、915MHz和2．4GHz，分别提供1个、10个和16个共计27个信道。其中2．4 GHz为全球通用频段，传输速率达250 kb／st 31。 2系统总体设计 2．1系统结构 以自动控制原理为理论基础，应用传感器与执行器件构成闭环控制系统。传感器节点配有传感器感知植物的生长环境，控制节点配有执行器件控制执行器件改善植物生长环境。传感器节点与控制节点相互配合，共同为植物提供适宜的生长环境。 本系统由无线传感器网络、网关和主控中心组成。无线传感器网络是物联网的神经末梢，负责感知环境的变化，并将数据通过网关传输到互联网。系统结构如图1所示。 2．2网关系统结构 网关是互联网与无线传感器网络之间的数据通信桥梁。本方案提供了三种网关接入方式：本地访问、手机访问和互联网访问。网关系统结构如图2所示。 2．3传感器网络结构 ZigBee网络存在三种逻辑设备类型，即协调器、路由器、终端设备，并且在一个ZigBee网络中有且只有一个协调器。当协调器被激活后．它就会建立一个自己的网络。本方案采用的是星型网络，在星型网络结构中有一个唯一的PAN主协调器．通过选择一个PAN标识符确保网络的唯一性。路由或终端都可以加人到这个网络中来。系统的传感器网络结构如图3所示。 功能模块如图4所示。RF的输入，输出是高阻和差动的，用于RF口最合适的差动负载是(115+180n)。当使用不平衡天线时为了优化性能，应当使用不平衡变压器。由于CC2430的工作电雎为3．3V，所以要用电压转换模块把5 V降到3．3V。CC2430可以同时接32MHz和32．768 kHz的两种频率的晶振电路．以满足不同的要求。串口模块用于调器将无线接收的数据信息传送给网关，同时传送过来的控制命令。LED指示灯用于显示网络连接状态。 3．2传感器节点硬件设计 无线传感器节点由各种数据采集模块、CC2430数据传输模块、电源模块和外部数据存储等功能模块组成，功能模块如图5所示。数据采集模块负责采集监测区域的温度、湿度、光照强度等信息并完成数据转换；CC2430数据传输模块负责与路由节点进行无线数据交换、传输采集数据、接收控制命令。外部数据存储模块用来保存传感器节点采集的数据。电源管理模块采用两节5号干电池。LED指示灯显示加入或退出网络的状态。 用程序开发；主控中心Web应用程序开发本文着重实现基于Z—Stack的应用程序开发。 4．1 ZigBee协议栈． ZigBee协议栈由一组子层构成，每一层向它的上层提供数据和管理服务，分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、网络层(NWK)和应用层(ADL)，应用层 又分为：应用支持子层(APS)、ZigBee设备对象(ZDO)和由制造商制定的应用对象【24。5】。 实际开发中根据需要将协议栈的层次又做了细化。Z—Stack中的硬件抽象层HAL提供各种硬件模块的驱动，基于HAL之上是操作系统抽象层OSAL。OSAL实现了一个易用的操作系统平台，以实现多任务为核心的系统资源管理机制。Z—Stack采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，当各个层初始化完成后，系统将会进入低功耗模式，当有事件发生时，系统立刻被唤醒，并转而进入中断处理事件，处理完成后再次进入低功耗模式，减少功耗。OSAL把优先级放在了最重