基于ZigBee技术的农田灌溉系统的研制文献综述.docVIP

基于ZigBee技术的农田灌溉系统的研制 温 磊 指导教师：刘士光、马继伟 摘要：ZigBee是最近提出的一种近距离、低功耗、低成本、低复杂度、低数据速率的双向无线通信技术，无线网络采用多种类型的配置，由协调器节点（主设备）和多个终端设备（从设备）组成。由Chipcon公司自主研发出的CC2430芯片完全由硬件支持ZigBee技术标准，在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。本文主要介绍基于ZigBee技术在农田节水灌溉系统中的系统建立以及分析了当前水利资源、农业灌溉技术的发展形式。 关键词：ZigBee 技术；CC2430芯片；节水灌溉；水分传感器；手持式通信器 引言 我国人均水资源不到世界平均水平的1/4，而且我国灌溉水有效利用率（约为40%）也远低于发达国家水平（约为50%-70%）[1]。我国农业产业素质和农产品的竞争力与发达国家出现了较大的差距，农业高投入低产出的矛盾已经显现，数字化农业成为发展方向[2]。充分有效地利用有限的资源，发展节水农业，成为中国农业关注的重点。随着近年来人类在微电子机械系统、无线通信、数字电子方面取得的巨大成就，使得发展低成本、低功耗、小体积、短距离通信的多功能传感器成为可能。ZigBee技术的出现就解决了这些问题。将无线ZigBee传感器网络和人工智能结合，可以大大减少农田灌溉系统的人员投入和促进了农田节水灌溉工程发展[3]。下是由于ZigBee技术具有功耗低、系统简单、组网方式灵活、成本低、等待时间短等性能，相对于其他无线网络技术，它更适合于组建大范围的无线农田节水灌溉网络[4]。 1 ZigBee技术特性及特点 ZigBee即IEEE802.15.4技术标准，是WPAN(IEEE802.15工作组)的标准之一，致力于实现一种适用于固定、便携或移动设备中使用的低复杂度、低成本、低功耗、低速率的短距离双向无线通信协议。ZigBee可工作在国际免授权的2.4GHz、欧洲868MHz和美国915MHz三个免费频段上，工作在2.4GHz频段上具有250kbps的最高数据传输率，典型应用的可靠传输距离为10米~75米，但实际传输距离根据发射功率的大小和应用环境而定。ZigBee技术最显著的技术特点是它的低成本、低功耗、无线自组网和网络容量大。ZigBee数据传输率低，工作在较低的频段上，且具有睡眠待机模式，使ZigBee模块的整体功耗非常低。完整协议的ZigBee模块具有自动路由和自组网功能，ZigBee终端节点可自动接入 ZigBee网络。在星型ZigBee网络中，一个ZigBee FFD (Full Function Device)设备可以连接254个 ZigBee RFD (Reduced Function Device)设备，而多个星型网络又可组成Mesh自组织网络，扩大了网络覆盖范围，也方便网络扩容[5]。 1.1 ZigBee的技术特性 数据传输速率低：只有10kb／s～250kb／s，专注于低传输应用。无线传感器网络不传输语音、视频之类的大数据量的采集数据，仅仅传输一些采集到的温度、湿度之类的数据，所以WSN对传输速率的需要不是那么高。 功耗低：在休眠状态下耗电量仅仅只有1μW，通信距离短的情况下工作状态的耗电为30mW，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势。WSN的节点对功耗的需求极其苛刻，传感器节点需要在危险（比如战场、核辐射）的区域持续工作数年而不更换供电单元。ZigBee的耗电符合这一需求。 成本低：因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本，这也正是蓝牙系统所不具备的。无线传感器网络中可以具有成千上万的节点，如果不能严格地控制节点的成本，那么网络的规模必将受到严重的制约，从而将严重地制约WSN的强大功能[6]。 网络容量大：每个ZigBee网络最多可支持65000个节点，也就是说每个ZigBee节点可以与数万节点相连接。由于WSN的能力很大程度上取决于节点的多少，也就是说可容纳的传感器节点越多，WSN的功能越强大。所以ZigBee的网络容量大的特点非常符合WSN的需要。 有效范围小：有效覆盖范围在10～75m之间，但是可以扩展到数百米，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。降低WSN节点的能量消耗和平衡所有节点的能量，有必要缩小节点RF模块的覆盖范围。 工作频段灵活：ZigBee所使用的频段依照国家开放的情况的不同，分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）以及915MHz（美国），这些频段皆属于免执照频段[8]，不过依照频段的不同，在传输速度以及距离上也有所差异，在868MHz频段的传输速率为20k