基于ZigBee技术的节水灌溉系统设计

摘要：为了大范围、低成本实现智能节水灌溉，采用ZigBee无线传感器网络技术，提出了一种利用S3C2440与CC2430作为主控芯片的节水灌溉系统设计方案。系统通过CC2430的串口采集土壤湿度传感器数据，并将数据通过ZigBee无线网络上传给数据处理中心；数据处理中心由CC2430通过串口将接收到的数据传递给S3C2440，同时采用SD卡进行存储，并通过光纤以太网接口将数据进行远端传输。经过SmartRFStudio信号软件和Linux下的Hping指令测试，灌溉系统连续7天无故障运行，完全达到系统设计指标。
关键词：ZigBee；节水灌溉系统；数据处理中心；混合型网络

0 引言
21世纪水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，推广节水灌溉也已成为世界各国为缓解水资源危机和实现农业现代化的必然选择。我国智能化节水灌溉才刚刚起步，一个比较关键的技术瓶颈就是如何实现数据通信，有些大型农场通过GPRS模块来实现信息的交互，取得了一定的成效，但是这种系统设计成本与日常维护费用较高，不利于推广。基于这种现状，本文提出一种基于ZigBee无线传感器网络韵设计方案，并根据农田的特殊条件，设计出一套节水灌溉系统，避免了依附于其他通信网络所产生的额外费用。

1 系统平台整体设计方案
按照功能需求，硬件平台共可分为以下五个部分：数据采集站，传输基站，数据处理中心，远程监测站以及电磁阀控制站。图1为系统的硬件平台结构图。

系统中各部分的功能与工作流程如下：首先根据农田的管道分布情况，以及ZigBee无线节点的有效通信距离，将灌溉区分割为数块独立的灌溉控制单元，在每个单元中设有一个或数个传输基站和若干分布在农田不同位置的数据采集站，数据采集站通过与其连接的传感器采集土壤湿度参数，并将数据定时传送给传输基站；传输基站负责管理其管辖区域内的各个数据采集站，当数据处理中心询问数据时，传输基站将数据进行第一级融合后以Ad hoc的方式上传给数据处理中心；数据处理中心首先对接收到的数据进行聚类、存储并与其他的参数(如气象信息、水文地理信息、专家系统以及作物的特征信息等)按照一定算法实现第二级融合，做出初步判决，并将判决结果连同部分关键数据通过光纤以太网或者GPRS模块传送给远程监测站，请求经验丰富的工作人员做最后的判决，并将判决信息返回给数据处理中心，数据处理中心根据判决结果向电磁阀控制端发送控制指令；电磁阀控制端根据接收到的控制指令执行灌溉控制，到此，一个完整的系统工作过程结束。

2 系统硬件部分设计
本系统硬件平台的核心部分为数据处理中心，它负责管理整个ZigBee无线网络，实现整个网络的数据汇集、存储、融合以及数据的远端传输等。