基于zigbee网络的水稻田实时监控系统设计

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1、基于ZigBee网络的水稻田实时监控系统设计　　摘要：为了准确、高效地获取水稻生长环境参数变化情况，提出了一套基于ZigBee无线网络技术和3G/4G通信技术的水稻田实时监控方案，并给出了硬件设计和软件设计的基本原理。移动终端Android应用的开发与使用，满足了管理人员随时随地掌握水稻生长状态相关信息的需求。测试结果表明，该系统监测结果准确、高效，实现了数据的远程传输、存储等功能，移动终端上实时数据查看、历史数据查询和报警查询功能也达到了设计要求。　　关键词：ZigBee网络；3G/4G；水稻田；实时监控　　DOIDOI：10.11907/rjdk.161972　　中图分类号：TP319　　

2、文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2016）011015605　　0引言　　在水稻生产过程中，对于影响水稻生长各项因素的观测尤为重要。稻田灌溉水位、土壤pH值、环境温度、病虫害等都是影响水稻正常生长的关键因素[1]。如果不能及时发现水稻生长状态或环境的突变，将可能导致水稻减产，并造成巨大的经济损失。10　　ZigBee无线网络是一种低功耗的无线传感器网络，已广泛应用于油田监测、工业过程监控、矿井安全监控等领域，但在农业生产过程监控中应用较少。在传统的农业生产过程中，种植人员需要定期查看作物的生长状况和农田的各项环境因素。由于作物种植区域面积较大，即使是多人同时巡查，也不可能对每

3、片稻田完成实时查看。为了提高水稻作物生长状况的监测效率，本文提出了一套利用ZigBee无线网络来监测水稻田，并使用支持3G/4G技术的移动互联网终端来实时查看监测信息的设计方案[24]。　　在本文设计方案中，传感器节点将采集到的水稻生长状态信息发送至网络控制中心节点，控制中心节点本身带有3G/4G模块，能够利用无线通信的方式访问后台服务器，将接收到的信息融合处理并发送至服务器端存储。另一方面，在手机、平板等移动终端上安装独立开发的移动应用，监测人员不可以使用移动终端应用访问服务器后台，查看水稻生长的实时或历史数据信息，从而高效监控水稻的生长状态。一旦发现异常信息，则能够及时判断并处理出现的问题

4、。　　1系统设计　　1.1系统架构　　如图1所示，水稻田远程监测系统的整体架构包括感知层、网络层和应用层。感知层主要是传感器节点组成的ZigBee无线网络，负责采集水稻田现场的数据信息，并将信息通过网关传输至本地基站。网络层主要负责汇聚信息的传输，基站利用3G/4G模块与因特网互联。应用层主要包括监控中心服务器和智能移动终端，监控中心服务器中存有大量水稻田的监测信息，而监测人员使用智能移动终端通过互联网访问监控中心服务器，便可以远程监控水稻田的各类数据信息及时了解水稻生长状况[5]。　　1.2硬件设计10　　水稻田远程监测系统硬件配置如图2所示，本文将对主要的硬件配置进行阐述。　　本系统使用S

5、3C6410嵌入式开发板作为水稻田监测现场网络的控制中心，其特性如下：①16/32位RISC微处理器，基于CPU的子系统的ARM1176JZF-S具有Java加速引以及16KB/16KBI/D缓存和16KB/16KBI/DTCM；②存储器系统具有双重外部存储器端口、SRAM和FLASH/ROM/DRAM端口；③IIS和IIC接口支持；④端口USB2.0OTG支持高速；⑤端口USB1.1主设备支持全速；⑥有实时时钟、锁相环，具有PWM的定时器和看门狗定时器；⑦32通道DMA控制器；⑧可扩展的ZigBee模块和3G/4G模块。　　1.2.1ZigBee模块　　本文传感器节点的ZigBee模块选用C

6、C2530芯片，该芯片将8051内核与存储器进行整合，具有较高的接收灵敏度和抗干扰能力。该芯片带有32/64/128KB可编程内存、看门狗定时器、2个支持多种串口通信协议的USART、21个可编程I/O引脚、SMA天线接口以及18个中断源。CC2530在休眠模式下的最低功耗为0.4μA，发射和接收信号时的最大功耗分别为24mA和29mA，而从休眠模式切换至工作模式的时延仅需4μs，能耗只有0.2mA[6]。CC2530芯片适用于需要低功耗的水稻田监测系统。　　1.2.2传感器节点10　　传感器节点采用一体化设计，囊括了处理器模块、多种传感器模块以及ZigBee模块。而各模块都是独立的，可以根据

7、具体需求选择相应的传感器模块，灵活性和扩展性较好。供电电源可以是外部电源供电，也可以使用电池组供电。传感器感知到的数据先送至数据处理器进行相关处理，处理后的数据通过节点的ZigBee模块在无线网络中传输。　　1.2.3温度传感器　　温度传感器采用LM35系列，该系列属于精密集成温度传感器，其输出电压与摄氏温度成正比关系[7]。与使用开尔文刻度标准的温度传感器相比，使用LM35系列的用户无需根据比例