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《基于zigbee與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的現(xiàn)代茶葉種植環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、基于ZigBee與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的現(xiàn)代茶葉種植環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要：針對現(xiàn)代茶葉種植中存在的問題，文章基于無線傳感與通信技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計了一個應(yīng)用于現(xiàn)代茶葉種植環(huán)境中的監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合運用多傳感器數(shù)據(jù)采集技術(shù)、ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)和GPRS網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對茶葉生長環(huán)境中溫濕度、光照強度、土壤水分等對于農(nóng)作物生長極為重要的環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測和控制。系統(tǒng)中各部分的硬件根據(jù)系統(tǒng)需求、數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量、成本等方面的要求選型，使系統(tǒng)在低成本、低功耗和高性能三者之間達到合理平衡，從而實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化。關(guān)鍵詞：ZigBee；物聯(lián)網(wǎng)
2、網(wǎng)關(guān)；GPRS；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化現(xiàn)代社會對農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求在不斷增大，使得實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化管理成為一個很重要的問題。近幾年來也存在不少的人致力于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化管理方面的研究，提出并設(shè)計了一系列的設(shè)想，但由于成本，或是網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及技術(shù)難度方面的問題，導(dǎo)致在推廣方面存在很多問題，從而制約了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。與此同時，茶葉作為農(nóng)產(chǎn)品中經(jīng)濟效應(yīng)比較好的產(chǎn)物，且生長受環(huán)境的影響比較大，所以對于茶葉種植環(huán)境的檢測成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中很重要的一個問題。但是隨著0前ZigBee自組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，ZigBee以其低功耗、低成本、高安全性的特性，尤其是其強大
3、的組網(wǎng)能力，使得對于茶葉生長環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與傳輸變成了可能。而且隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展，基站在一些相對偏遠農(nóng)村的覆蓋，低成本的公網(wǎng)實現(xiàn)了將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的連接，使得技術(shù)人員方便對茶葉種植環(huán)境數(shù)據(jù)的檢測，使得能夠及時根據(jù)茶葉的生長情況對大棚進行相應(yīng)的控制，保證茶葉的正常生長，提高其經(jīng)濟效應(yīng)。本系統(tǒng)設(shè)計建立在低成本、低功耗的基礎(chǔ)上，便于推廣，對現(xiàn)代化茶葉種植有著重大的作用。1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本茶葉種植環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由4部分構(gòu)成，包括數(shù)據(jù)采集，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，GPRS數(shù)據(jù)傳輸和在線數(shù)據(jù)監(jiān)測部分。如圖1所示，采集部分主要功能是采集茶
4、園內(nèi)部的溫度、濕度、光照強度等數(shù)據(jù)，并通過ZigBee自組網(wǎng)絡(luò)將各自的采節(jié)點集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送給ZigBee協(xié)調(diào)器統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)。再通過網(wǎng)關(guān)傳送到互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主要功能是對數(shù)據(jù)的匯聚、打包和傳送，是本系統(tǒng)的核心部分，網(wǎng)關(guān)采用STM32F407ZGT6作為主控芯片，利用MG323GPRS模塊實現(xiàn)了無線傳感網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)兩種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互通，使得技術(shù)人員能夠在線監(jiān)測茶園環(huán)境數(shù)據(jù)及時做出相應(yīng)處理。2硬件實現(xiàn)方案2.1傳感器數(shù)據(jù)采集設(shè)計方案2.1.1數(shù)據(jù)采集傳感器數(shù)據(jù)采集模塊主要實現(xiàn)了將茶園內(nèi)分散于大棚不同位置的環(huán)境數(shù)據(jù)的感知工作。本系統(tǒng)設(shè)計
5、以ZigBee自組網(wǎng)形成的無線傳感網(wǎng)實現(xiàn)對大棚環(huán)境數(shù)據(jù)的采集。采集模塊需要對茶園環(huán)境溫濕度、土壤水分、光照強度的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，分別使用了SHT10溫濕度傳感器、光合有效傳感器和土壤濕度傳感器完成。系統(tǒng)所采用的溫濕度傳感器型號為SHT10,該產(chǎn)品具有長期的穩(wěn)定性和極高的可靠性的特點。其溫度測量范圍-40?120°C，濕度測量范圍0?100RH%，且價格便宜，能滿足使用需求。土壤水分含量傳感器使用的是ECH20,該傳感器采用了新技術(shù)和耐用材料，測量精度高且價格低廉，可以對不同土壤深度、多處樣地的水分含量進行長期連續(xù)監(jiān)測。2.1.2
6、ZigBee節(jié)點一般來說，茶園中采集到的數(shù)據(jù)可以通過總線的方式傳送到網(wǎng)關(guān)，由于茶園內(nèi)鋪設(shè)線纜的工程量比較大，且不容易維護，所以利用無線的方式將數(shù)據(jù)采集器與網(wǎng)關(guān)進行互連。ZigBee在成本、傳輸距離、字節(jié)開銷、協(xié)議復(fù)雜程度等方面都有自己的優(yōu)勢，所以選擇ZigBee作為大棚環(huán)境數(shù)據(jù)無線傳送的方式。此處的ZigBee模塊系統(tǒng)采用TI公司的CC2530,它能夠以非常低的成本建立強大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，具有不同的運行模式，使它尤其適用于超低功耗要求的系統(tǒng)。圖2為ZigBee節(jié)點圖。ZigBee協(xié)議根據(jù)ZigBee在網(wǎng)絡(luò)中的作用，將ZigBee網(wǎng)
7、絡(luò)設(shè)備分成了3種，分別是協(xié)調(diào)器，路由器，終端設(shè)備。路由器主要起路由的作用，負責(zé)維護網(wǎng)絡(luò)路徑、搜索設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)傳輸。終端設(shè)備作為數(shù)據(jù)終端，不需要對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)采集節(jié)點中應(yīng)用了ZigBee的路由和終端功能，協(xié)調(diào)器在網(wǎng)關(guān)中使用。2.2網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)茶園的規(guī)模較大，則需要在茶園內(nèi)部署大量的傳感器，由此采集到的數(shù)據(jù)較多，且數(shù)據(jù)格式比較復(fù)雜，要經(jīng)過一系列的處理才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的連接。而且由于茶園生產(chǎn)基地一般由很多茶園組成，如果將每個茶園的數(shù)據(jù)獨立地與網(wǎng)絡(luò)進行通信，施工成本較高，在本系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是實現(xiàn)傳感網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)互通的關(guān)鍵
8、，在整個系統(tǒng)中處于核心位置，實現(xiàn)將傳感網(wǎng)中數(shù)據(jù)的匯聚，處理和打包上傳。網(wǎng)關(guān)主控芯片采用意法半導(dǎo)體公司的STM32F407ZGT6。STM32是一款基于Cortex-M4內(nèi)核、高性能、低成本、低功耗的微控制器，它具有3個USART接口和2?1UART接口，滿足擴展設(shè)計要求。CC
