基于zigbee技術(shù)的綠地自動灌溉控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)-資料下載頁
2025-07-14 19:35本頁面
【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，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立適應(yīng)了綠地自動灌溉控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。在綠地自動灌溉控制系統(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)境是一個準(zhǔn)靜態(tài)環(huán)境，對綠地進(jìn)行自動灌溉控制時，采集的相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)例如空氣溫度、空氣相對濕度、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。因此，將基于ZigBee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到綠地自動灌溉控制系統(tǒng)中，將在一定程度上推動綠地自動灌溉控制技術(shù)的發(fā)展和ZigBee技術(shù)在無線監(jiān)測、控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 在對一個城市或者一個公園的綠地灌溉系統(tǒng)進(jìn)行自動控制時，由于綠地比較分散且覆蓋的整體范圍較大，可采用多級無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控。原理如圖2一3所不:圖23 綠地自動灌溉系統(tǒng)原理圖將一個城市或者一個公園的每一個獨立的、分散的綠地作為一個監(jiān)控區(qū)域，各個監(jiān)控區(qū)域與本地控制中心通過簇樹結(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。各個監(jiān)控區(qū)域單獨進(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)點或者為了實現(xiàn)更高級的功能，采用ARM或者PC機(jī)。為了便于遠(yuǎn)程監(jiān)控，可通過GPRs等無線網(wǎng)絡(luò)接入遠(yuǎn)程計算機(jī)，而其他遠(yuǎn)程用戶也可通過Intemet對綠地灌溉系統(tǒng)的相關(guān)信息、進(jìn)行共享。由于各個監(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)實現(xiàn)的基礎(chǔ)和保證。在單個監(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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的“協(xié)調(diào)器節(jié)點”，是單個監(jiān)控區(qū)域的控制中心，負(fù)責(zé)組網(wǎng)、允許無線傳感器節(jié)點和無線控制器節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)、實時顯示無線控制器節(jié)點傳送來的氣象信息，包括空氣溫度、空氣相對濕度、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)送給無線控制器節(jié)點。無線傳感器節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后，實時檢測各種氣象參數(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)器以便實時顯示或者進(jìn)行灌溉決策。無線控制器節(jié)點接收協(xié)調(diào)器發(fā)送來的灌溉決策命令，開啟或者關(guān)閉電磁閥，每個無線控制器節(jié)點可配備4路電磁閥或者根據(jù)需要可擴(kuò)展至多路電磁閥。無線傳感器節(jié)點和無線控制器節(jié)點的數(shù)目的選擇和布點需根據(jù)用戶對環(huán)境參數(shù)檢測的精確性的要求、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)上對控制部分進(jìn)行研究。圖2一4單監(jiān)控區(qū)域綠地自動灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本文研究的綠地自動灌溉控制系統(tǒng)主要具有以下的功能特點: 無線監(jiān)控:采用基于ZigBee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，實現(xiàn)無線監(jiān)控。 系統(tǒng)可配置:根據(jù)用戶需要對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及無線傳感器節(jié)點和無線控制 器節(jié)點的數(shù)目進(jìn)行配置，并且無線控制器節(jié)點的電磁閥數(shù)目也可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行增減。 自動灌溉控制方式可選:用戶可根據(jù)實際需要和成本控制，選用土壤水分控制方式或者定時控制方式中的任意一種。在土壤水分控制方式下，無線傳感器節(jié)點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啟動灌溉，在達(dá)到一定的灌溉時間后即可停止灌溉。在定時控制方式下，用戶可以根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定灌水的開始時間以及噴灌持續(xù)時間，在到達(dá)開啟時間后，自動開啟電磁閥，根據(jù)設(shè)定的灌溉持續(xù)時間連續(xù)灌溉，直到灌溉結(jié)束，自動關(guān)閉灌溉設(shè)備。 手動控制灌溉:在不需要進(jìn)行自動控制或者用戶根據(jù)實際需要臨時添加灌溉任務(wù)時，可以采用手動控制干預(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，各個節(jié)點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。無線傳感器節(jié)點采用微型太陽能電池供電。無線控制器節(jié)點在電網(wǎng)供電方便的地區(qū)可采用電網(wǎng)供電，若電 網(wǎng)供電不便并且太陽能資源比較豐富的地區(qū)可采用太陽能電池供電。
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