【正文】 應(yīng)用框架 (AF)、 ZigBee 設(shè)備對象 (ZDO)和安全組件 (SSP)，均由ZigBeeAlliance 所制定。而非信標(biāo)模式則比較靈活，節(jié)點(diǎn)均以競爭方式接入信道，不需要周期性的發(fā)送信標(biāo)幀。為此 MAC 層采用了 CSMA/CA 的技術(shù)，簡單來說，就是節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先監(jiān)聽信道，如果信道空閑則可以發(fā)送數(shù)據(jù)，否則就要進(jìn)行隨機(jī)的退避，即延遲一段隨機(jī)時(shí)間，然后再進(jìn)行監(jiān)聽，這個(gè)退避的時(shí)間是指數(shù)增長的，但有一個(gè)最大值 ，即如果上一次退避之后再次監(jiān)聽信道忙，則退避時(shí)間要增倍，這樣做的原因是如果多次監(jiān)聽信道都忙，有可能表明信道上的數(shù)據(jù)量大，因此讓節(jié)點(diǎn)等待更多的時(shí)間，避免繁忙的監(jiān)聽。因此我們完全可以把它歸為低速率的短距離無線通信技術(shù)。在發(fā)射功率為 0dBm 的情況下， Bluetooth 通常能有 10m 作用范圍，而基于 的 ZigBee 在室內(nèi)通常能達(dá)到 30~50m作用距離，在室外如果障礙物較少，甚至可以達(dá)到 100m 作用距離 。調(diào)制方面都使用了調(diào)相技術(shù)，但 868MHz和 915MHz 頻段采用的是 BPSK，而 頻段采用的是 OQPSK。事物是不斷的發(fā)展變化的，尤其是通信技術(shù)，可以想象將來的 ZigBee 可能不會(huì)使用 定義的底層， 就跟藍(lán)牙 (Bluetooth)宣布下一代底層采用 UWB 技術(shù)一樣，但是“ZigBee”這個(gè)商標(biāo)以及高層的技術(shù)還會(huì)繼續(xù)保留。據(jù)聯(lián)盟最新的消息，今年年底將會(huì)發(fā)布更新版本的規(guī)范 ZigBee2021，這個(gè)版本增加了一些新的特性。 早在上世紀(jì)末，就已經(jīng)有人在考慮發(fā)展一種新的通信技術(shù)，用于傳感控制應(yīng)用，這個(gè)想法后來在 工作組當(dāng)中提出來，于是就成立了 TG4 工作組，并且制定了規(guī)范 。 與藍(lán)牙相似 ， 根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。 ZIGBEE 作為一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ,它依據(jù) 標(biāo)準(zhǔn) ,在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。 我國是一個(gè)水資源嚴(yán)重缺乏和水旱災(zāi)害頻繁發(fā)生的國家，農(nóng)業(yè)用水量大且農(nóng)業(yè)灌溉用水率普遍十分低下，這對于我國農(nóng)業(yè)發(fā)展是一個(gè)極大的制約。他們采用先進(jìn)的節(jié)水灌溉制度，由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展，對灌區(qū)用水進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報(bào)，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，采用遙感技術(shù)，監(jiān)測土壤墑情和作物生長，開發(fā)和制造了一系列用途廣泛，功能強(qiáng)大的數(shù)字式灌溉控制器，并得到了廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格日益降低，可靠性日益提高， 以信息技術(shù)發(fā)展農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為了必然的趨勢 。使用 ZIGBEE 灌溉 自動(dòng)控制系統(tǒng)不僅能夠極大地減少農(nóng)業(yè)灌溉所需的勞動(dòng)力，并且還能進(jìn)行比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉更為精確，更有效率的工作，從而達(dá)到提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和質(zhì)量，節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉所需資源的目的。要發(fā)展農(nóng)業(yè)技術(shù)，首先就要從灌溉系統(tǒng)入手。 控制系統(tǒng) 。采用 ARM9 微處理器 , 基于嵌入式 Linux 開發(fā)了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) ,現(xiàn)了數(shù)據(jù)的匯聚 和 GPRS 通信方式的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)及命令轉(zhuǎn)發(fā)。 編 號： 審定成績： 重慶郵電大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)計(jì)（論文）題目： ZIGBEE 灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng) 學(xué) 院 名 稱 ： 軟件學(xué)院 學(xué) 生 姓 名 ： 專 業(yè) ： 軟件工程 班 級 ： 1310701 學(xué) 號 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 答辯組 負(fù)責(zé)人 ： 填表時(shí)間： 2021 年 5 月 重慶郵電大學(xué)教務(wù)處制 摘 要 我國農(nóng)業(yè)灌溉缺水是一個(gè)重要的問題，因此發(fā)展高效自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)灌溉是最可行的出路。試驗(yàn)結(jié)果表明 : 該系統(tǒng)能快速準(zhǔn)確地計(jì)算出作物的需水量 , 經(jīng)濟(jì) 實(shí)用 ,有效地 實(shí)現(xiàn) 了全自動(dòng)節(jié)水灌溉 , 特別適用于中小型灌溉區(qū)域的精細(xì)灌溉。 前 言 農(nóng)業(yè)是最基本也是最古老的行業(yè)，也是從古至今人類各行各業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化水平較低是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。 自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)在我國的使用并不算普及，與歐美發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距，我國的農(nóng)業(yè)基本上還沒有實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的普及。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，實(shí)施節(jié)水灌溉已成為我國農(nóng)業(yè)乃至國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶戰(zhàn)略性的根本大事。地處干早缺水地帶的以色列，它是世界上微灌技術(shù)發(fā)展最具有代表性的國家，目前全國農(nóng)業(yè)土地基本上實(shí)現(xiàn)了灌溉管理自動(dòng)化，并且普遍推行自動(dòng)控制系統(tǒng)，按時(shí)、按量將水、肥直接送入作物根部，水資源利用率和單方水的糧食產(chǎn)量都相當(dāng)高。因此，在這樣的背景下，解決農(nóng)業(yè)自動(dòng)灌 溉的問題是十分重要的。這種傳感器耗能極低，通過無線傳輸將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳至另一個(gè)傳感器，因此 ZIGBEE 通信效率非常高。 這個(gè)名稱最初是源于蜜蜂的舞蹈 ，由于蜜蜂 (bee)是靠飛翔和 “嗡嗡 ”(zig)地抖動(dòng)翅膀的 “舞蹈 ”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。但是 IEEE802 的規(guī)范只專注于底層，要達(dá)到產(chǎn)品的互操作和兼容，還需要定義高層的規(guī)范，于是 2021 年 ZigBeeAlliance 成立，正式有了 “ZigBee”這個(gè)名詞。 從 ZigBee 的發(fā)展歷史可以看到，它和 有著密切的關(guān)系，事實(shí)上 ZigBee 的底層技術(shù)就是基于 的，因此有一種說法認(rèn)為 ZigBee和 是同一個(gè)東西，或者說 “ZigBee”只是 的名字而已，其實(shí)這是一種誤解。 第 二 節(jié) ZIGBEE 技術(shù)的分析 一、 ZIGBEE 基于幾種無線通信的比較 我們無法預(yù)料將來 ZigBee 會(huì)基于怎樣的底層技術(shù)，只好從它現(xiàn)在的底層—— 開始了解， 包括物理層和 MAC 層兩部分。物理層部分非常簡單，而 芯片的低價(jià)格正是得益于底層的簡單性。同時(shí)調(diào)相技術(shù)的誤碼性能要優(yōu)于調(diào)頻和調(diào)幅技術(shù)。 圖 幾種無線技術(shù)通信性能比較 二、 ZIGBEE 協(xié)議棧概述 物理層的上面是 MAC 層，它的核心是信道接 入技術(shù)，包括時(shí)分復(fù)用 GTS 技術(shù)和隨機(jī)接入信道技術(shù) CSMA/CA。通過這種信道接入技術(shù)，所有節(jié)點(diǎn)競爭共享同一個(gè)信道。顯然，在信標(biāo)模式當(dāng)中由于有了周期性的信標(biāo)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)都能進(jìn)行同步，但這種同步網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不會(huì)很大。 圖 ZigBee 協(xié)議棧 這些部分當(dāng)中最下面的是網(wǎng)絡(luò)層。它把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看作是以協(xié)調(diào)器為根的一棵樹，因?yàn)檎麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)是由協(xié)調(diào)器所建立的，而協(xié)調(diào)器的子節(jié)點(diǎn)可以是路由器或者是末端節(jié)點(diǎn)，路由器的子節(jié)點(diǎn)也可以是路由器或者末端節(jié)點(diǎn)，而末端節(jié)點(diǎn)沒有子節(jié)點(diǎn)，相當(dāng)于樹的葉子。樹狀路由不需要路由表，節(jié)省存儲(chǔ)資源，但缺點(diǎn)是很不靈活，浪費(fèi)了大量的地址空間，并且路由效率低，因此常常作為最后的路由方法，或者干脆不用。網(wǎng)絡(luò)層的上面是應(yīng)用層，包括了 APS、AF 和 ZDO 幾部分，主要規(guī)定了一些和應(yīng)用相關(guān)的功能，包括端點(diǎn) (endpoint)的規(guī)定，還有綁定 (binding)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)和設(shè)備發(fā)現(xiàn)等等。服務(wù)發(fā)現(xiàn)和設(shè)備發(fā)現(xiàn)是應(yīng)用層需要提供的， ZigBee 定義了幾種描述符，對設(shè)備以及提供的服務(wù)可以進(jìn)行描述，于是可以通過這些描述符來尋找合適的服務(wù)或者設(shè)備。所以我們不能奢望 ZigBee 去做一些如傳輸視頻之類的高難度的事情，起碼目前是這樣，而應(yīng)該聚焦于一些低速率的應(yīng)用，比如人們早就給它找好的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域 — 傳感和控制。 圖 ZigBee 可靠的網(wǎng)狀網(wǎng)組網(wǎng)方式 圖 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)受到外部干擾 圖 通過更換路徑避開干擾 時(shí)延也是一個(gè)重要的考察因素。通常情況下， ZigBee 節(jié)點(diǎn)所承載的應(yīng)用數(shù)據(jù)速率都比較低，在不需要通信的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入很低功耗的休眠狀態(tài)，此時(shí)能耗可能 只有正常工作狀態(tài)的千分之一。 ZigBee 從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換到活躍狀態(tài)一般只需要十幾毫秒，而且由于使用直接擴(kuò)頻而不是跳頻技術(shù)，重新接入信道的時(shí)間也很快。而且節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)和重新加入網(wǎng)絡(luò)的過程也很快，一般可以做到一秒以內(nèi)甚至更快，而 Bluetooth 通常需要 3s 時(shí)間。我國農(nóng)業(yè)用水量約占總用水量的 80%左右 ,由于農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率普遍低下 ,就全國范圍而言 ,水的利用率僅為 45%,而水資源利用率高的國家已達(dá) 70%~80%,因而 ,解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題 ,對于緩解水資源的緊缺是非常重要的。