摘　要：農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)采集分析，傳統(tǒng)的方法是由工作人員定期到田間采集農(nóng)作物生長環(huán)境的土壤墑情、生長環(huán)境等信息，通過人工錄入并帶回實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析后對(duì)農(nóng)作物生長環(huán)境進(jìn)行評(píng)估。該方式完成全域性農(nóng)作物生長環(huán)境的監(jiān)測(cè)與評(píng)估周期長，缺乏實(shí)時(shí)性，無法對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境狀況及潛在災(zāi)害做出及時(shí)預(yù)警。為此，需要根據(jù)實(shí)際的農(nóng)業(yè)生長環(huán)境現(xiàn)狀，采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí)獲取農(nóng)作物生長環(huán)境的土壤墑情、生長環(huán)境等信息。由于農(nóng)業(yè)溫室大棚實(shí)際環(huán)境復(fù)雜，對(duì)無線環(huán)境數(shù)據(jù)采集影響較大，所以本文結(jié)合農(nóng)業(yè)溫室大棚數(shù)據(jù)采集研究基于ZigBee傳輸技術(shù)的數(shù)據(jù)采集組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)的可靠采集與傳輸。
關(guān)鍵詞：ZigBee　組網(wǎng)　環(huán)境數(shù)據(jù)采集


通信技術(shù)快速發(fā)展，短距離無線通信技術(shù)已經(jīng)成為通信技術(shù)中的一大熱點(diǎn)。低速率、低功耗、低成本的ZigBee技術(shù)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要支撐技術(shù)獲得廣泛的關(guān)注，ZigBee作為一種新興的短距離無線通信技術(shù)，正有力地推動(dòng)著低速率無線局域網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家庭自動(dòng)化、醫(yī)療護(hù)理、智能農(nóng)業(yè)、消費(fèi)類電子和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域。現(xiàn)在該技術(shù)已經(jīng)成為研究的新熱點(diǎn)，研究ZigBee組網(wǎng)技術(shù)，可為下一步應(yīng)用打下良好理論基礎(chǔ)，本研究課題將結(jié)合農(nóng)業(yè)溫室大棚農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與傳輸探討基于ZigBee的技術(shù)溫室大棚局域網(wǎng)組網(wǎng)方案，為大規(guī)模實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與傳輸提供有益參考。
 
1　組網(wǎng)方案結(jié)構(gòu)
本方案結(jié)合溫室大棚的實(shí)際情況設(shè)計(jì)了基于ZigBee技術(shù)的星形網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和若干個(gè)傳感器終端設(shè)備構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建、管理工作，而終端設(shè)備一方面采集模擬數(shù)據(jù)；另一方面，把這些模擬數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給所在網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

                   
                                                      圖1　結(jié)構(gòu)模型示意圖
協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)將端點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包從一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到接收終端設(shè)備的相應(yīng)端點(diǎn),當(dāng)建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須告知協(xié)調(diào)器如何創(chuàng)建源端點(diǎn)和目標(biāo)端點(diǎn)之間的鏈路。ZigBee協(xié)議定義了一個(gè)稱為端點(diǎn)綁定的特殊過程。作為綁定過程的一部分，一個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)或一個(gè)類似于設(shè)備管理器的節(jié)點(diǎn)會(huì)請(qǐng)求協(xié)調(diào)器修改其綁定表，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)基本上包含兩個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)之間的邏輯鏈路的綁定表，每個(gè)鏈路根據(jù)其源端點(diǎn)和群集ID來唯一定義。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器采用持續(xù)電力系統(tǒng)供電，而其他設(shè)備采用電池供電。星形網(wǎng)是由一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)組成的。ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)必須是FFD，它位于網(wǎng)絡(luò)的中心，負(fù)責(zé)發(fā)起建立和維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其它的節(jié)點(diǎn)(終端節(jié)點(diǎn))一般為RFD，也可以為FFD，它們分布在ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)，直接與ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)進(jìn)行通信，匯聚到協(xié)調(diào)點(diǎn)的農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)通過本地的電腦終端傳輸?shù)酵饩W(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小通常采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸。
 
2　傳感器節(jié)點(diǎn)路由
根據(jù)溫室大棚與采集環(huán)境數(shù)據(jù)的特點(diǎn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有1個(gè)16-bit網(wǎng)絡(luò)短地址和1個(gè)64-bitIEEE擴(kuò)展地址，通過溫室大棚內(nèi)的各種傳感器設(shè)備采集到的農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)通過該節(jié)點(diǎn)匯聚到網(wǎng)絡(luò)中心。其中，16-bit網(wǎng)絡(luò)地址是在節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)由其父節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)分配的，這種地址僅僅用于路由機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)地址是在節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由其父節(jié)點(diǎn)分配給它。網(wǎng)絡(luò)地址根據(jù)地址分配算法得出，目前主流的地址分配算法為分布式地址分配機(jī)制，地址間的關(guān)系映射出樹狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的從屬關(guān)系。當(dāng)一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)的Cskip(d)為0時(shí)，它就不再具備為子節(jié)點(diǎn)分配地址的能力，也就是說它就不能夠再使別的節(jié)點(diǎn)通過它加人網(wǎng)絡(luò)。如果一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)的Cskip(d)大于0，它則可以接受其它節(jié)點(diǎn)為它的子節(jié)點(diǎn)，并為其子節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址。它會(huì)為第一個(gè)與它關(guān)聯(lián)的路由節(jié)點(diǎn)分配比自己大1的地址，之后與之關(guān)聯(lián)的路由節(jié)點(diǎn)的地址之間都相隔偏移量Cskip(d)。每個(gè)父節(jié)點(diǎn)最多可以分配Rm個(gè)這樣的地址。
 
3　組網(wǎng)硬件實(shí)現(xiàn)
在符合ZigBee技術(shù)組網(wǎng)的條件下，結(jié)合TI公司開發(fā)的2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee片上系統(tǒng)解決方案CC2430/CC2431無線單片機(jī)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)硬件規(guī)劃設(shè)計(jì)其框圖如圖2所示。
   
                            圖2　結(jié)構(gòu)模型示意圖
在整個(gè)硬件方案中主要包括處理器模塊、傳感器電路、無線收發(fā)、能量供應(yīng)模塊和通信模塊等五部分。通過對(duì)ZigBee組網(wǎng)技術(shù)的研究分析，在組網(wǎng)協(xié)議、路由算法等方面結(jié)合本項(xiàng)目硬件方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)溫室大棚農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)的可靠采集與傳輸。
 
4　結(jié)語
農(nóng)作物生長環(huán)境信息的獲取關(guān)鍵是無線傳感網(wǎng)絡(luò)接入和信息傳輸、無線傳感網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)無縫接入、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無縫接入、標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)同感知傳感節(jié)點(diǎn)和信息匯聚節(jié)點(diǎn)研制等問題，本課題結(jié)合ZigBee無線傳輸技術(shù)探討了溫室大棚數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)慕M網(wǎng)方案，為該技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植環(huán)境數(shù)據(jù)采集應(yīng)用做有益探索。
 
參考文獻(xiàn)
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