基于zigbee技術(shù)的綠地自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)-資料下載頁(yè)
2025-07-14 19:35本頁(yè)面
【正文】 感器技術(shù)的不斷發(fā)展，綠地灌溉控制逐漸朝著自動(dòng)化的方向發(fā)展，各種傳感器被引入，加之綠地環(huán)境中有線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的復(fù)雜性和高成本的缺點(diǎn)，使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立適應(yīng)了綠地自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。在綠地自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)中，綠地的范圍一般不是很大，即使需要大范圍的組網(wǎng)，也可采用不同的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組建大型區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)。綠地環(huán)境是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)環(huán)境，對(duì)綠地進(jìn)行自動(dòng)灌溉控制時(shí)，采集的相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)例如空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、光照度、土壤水分含量等等都是變化比較緩慢的，數(shù)據(jù)采集的周期性較大，且數(shù)據(jù)量很小，正好符合了ZigBee技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率小的特點(diǎn)。因此，將基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到綠地自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)中，將在一定程度上推動(dòng)綠地自動(dòng)灌溉控制技術(shù)的發(fā)展和ZigBee技術(shù)在無(wú)線監(jiān)測(cè)、控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 在對(duì)一個(gè)城市或者一個(gè)公園的綠地灌溉系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)，由于綠地比較分散且覆蓋的整體范圍較大，可采用多級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控。原理如圖2一3所不:圖23 綠地自動(dòng)灌溉系統(tǒng)原理圖將一個(gè)城市或者一個(gè)公園的每一個(gè)獨(dú)立的、分散的綠地作為一個(gè)監(jiān)控區(qū)域，各個(gè)監(jiān)控區(qū)域與本地控制中心通過(guò)簇樹(shù)結(jié)構(gòu)或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行組網(wǎng)，并且均采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。各個(gè)監(jiān)控區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行灌溉控制或者將數(shù)據(jù)發(fā)送給本地控制中心進(jìn)行集中監(jiān)控。本地控制中心可選用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或者為了實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能，采用ARM或者PC機(jī)。為了便于遠(yuǎn)程監(jiān)控，可通過(guò)GPRs等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，而其他遠(yuǎn)程用戶(hù)也可通過(guò)Intemet對(duì)綠地灌溉系統(tǒng)的相關(guān)信息、進(jìn)行共享。由于各個(gè)監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建立是基本相同的，本論文主要研究單監(jiān)控區(qū)域的綠地自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)的搭建，而這也是大型、遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和保證。在單個(gè)監(jiān)控區(qū)域中，由于綠地的范圍一般較小，采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的控制設(shè)備，也是zigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的“協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)”，是單個(gè)監(jiān)控區(qū)域的控制中心，負(fù)責(zé)組網(wǎng)、允許無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和無(wú)線控制器節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)顯示無(wú)線控制器節(jié)點(diǎn)傳送來(lái)的氣象信息，包括空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、光照度等等及土壤水分含量，并且按照一定的控制策略作出灌溉決策并發(fā)送給無(wú)線控制器節(jié)點(diǎn)。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，實(shí)時(shí)檢測(cè)各種氣象參數(shù)和土壤水分含量，并且將采集到的數(shù)據(jù)傳送給協(xié)調(diào)器以便實(shí)時(shí)顯示或者進(jìn)行灌溉決策。無(wú)線控制器節(jié)點(diǎn)接收協(xié)調(diào)器發(fā)送來(lái)的灌溉決策命令，開(kāi)啟或者關(guān)閉電磁閥，每個(gè)無(wú)線控制器節(jié)點(diǎn)可配備4路電磁閥或者根據(jù)需要可擴(kuò)展至多路電磁閥。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和無(wú)線控制器節(jié)點(diǎn)的數(shù)目的選擇和布點(diǎn)需根據(jù)用戶(hù)對(duì)環(huán)境參數(shù)檢測(cè)的精確性的要求、綠地面積的大小、水源供應(yīng)的便捷程度及整個(gè)控制系統(tǒng)的成本預(yù)算進(jìn)行綜合考慮和確定。圖2一4是單監(jiān)控區(qū)域的綠地自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，本文是在已有的輸水部分的基礎(chǔ)上對(duì)控制部分進(jìn)行研究。圖2一4單監(jiān)控區(qū)域綠地自動(dòng)灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本文研究的綠地自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)主要具有以下的功能特點(diǎn): 無(wú)線監(jiān)控:采用基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線監(jiān)控。 系統(tǒng)可配置:根據(jù)用戶(hù)需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和無(wú)線控制 器節(jié)點(diǎn)的數(shù)目進(jìn)行配置，并且無(wú)線控制器節(jié)點(diǎn)的電磁閥數(shù)目也可以根據(jù)用戶(hù)需要進(jìn)行增減。 自動(dòng)灌溉控制方式可選:用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際需要和成本控制，選用土壤水分控制方式或者定時(shí)控制方式中的任意一種。在土壤水分控制方式下，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)配備了土壤水分傳感器，可以根據(jù)設(shè)定的土壤水分值自動(dòng)啟動(dòng)灌溉，在達(dá)到一定的灌溉時(shí)間后即可停止灌溉。在定時(shí)控制方式下，用戶(hù)可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定灌水的開(kāi)始時(shí)間以及噴灌持續(xù)時(shí)間，在到達(dá)開(kāi)啟時(shí)間后，自動(dòng)開(kāi)啟電磁閥，根據(jù)設(shè)定的灌溉持續(xù)時(shí)間連續(xù)灌溉，直到灌溉結(jié)束，自動(dòng)關(guān)閉灌溉設(shè)備。 手動(dòng)控制灌溉:在不需要進(jìn)行自動(dòng)控制或者用戶(hù)根據(jù)實(shí)際需要臨時(shí)添加灌溉任務(wù)時(shí)，可以采用手動(dòng)控制干預(yù)，使得灌溉控制具有一定的靈活性。 供電電源可選:根據(jù)系統(tǒng)的配置方式不同，各個(gè)節(jié)點(diǎn)可選用不同的供電方式。協(xié)調(diào)器采用壁掛式的安裝方式時(shí)可選用AAA堿性電池供電或者電網(wǎng)供電的方式，采用便攜式的協(xié)調(diào)器可采用AAA堿性電池供電。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)采用微型太陽(yáng)能電池供電。無(wú)線控制器節(jié)點(diǎn)在電網(wǎng)供電方便的地區(qū)可采用電網(wǎng)供電，若電 網(wǎng)供電不便并且太陽(yáng)能資源比較豐富的地區(qū)可采用太陽(yáng)能電池供電。
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