基于Zigbee的水产养殖温度监控的设计与实现

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1、基于Zigbee的水产养殖温度监控的设计与实现[导读]随着社会的发展，传统的水产养殖不断减少，集中型的大规模水产养殖不断发展，对水产养殖的成活率要求越来越高。水产养殖中，温度是养殖物成活的最关键因素，控制好温度就是控制了经济效益。本文采用的是基于Zigbee的温度监控设计，测温用的是防水型的DS18B20数字温度传感器。通过DS18B20传感器进行温度检测，输出数字量，通过CC2530数据处理模块进行处理后无线发送给协调端节点，协调端节点再通过串口传输给监控端，完成系统的监控工作。通过对温度的实时监控，以达到对水产养殖场的温度进行估判，从而做出相应

2、的措施，保证水产的最高效益。摘要：随着社会的发展，传统的水产养殖不断减少，集中型的大规模水产养殖不断发展，对水产养殖的成活率要求越来越高。水产养殖中，温度是养殖物成活的最关键因素，控制好温度就是控制了经济效益。本文采用的是基于Zigbee的温度监控设计，测温用的是防水型的DS18B20数字温度传感器。通过DS18B20传感器进行温度检测，输出数字量，通过CC2530数据处理模块进行处理后无线发送给协调端节点，协调端节点再通过串口传输给监控端，完成系统的监控工作。通过对温度的实时监控，以达到对水产养殖场的温度进行估判，从而做出相应的措施，保证水产的最

3、高效益。在近代以及目前发展的无线通信技术中，Zigbee技术发展越来越广泛。以Zigbee无线传感网络方式构建的新一代通讯网络，在现代生活中已经得到了广泛的应用。目前开发的短距离无线通信技术中，无线传感网络可以说是一种具有很大的实用价值通信技术。对于目前追求低功耗、成本低的无线传感网络是非常适宜的。本课题主要研究利用最新的Zigbee无线传感网络水产养殖环境温度进行采集传输，以达到实时远程监控。课题研究内容包括：终端传感节点采集养殖场的实时温度，处理后将无线发送给协调器，协调器再通过串口传输给上位机终端显示并预警。1关键技术及协议1.1ZigBee

4、无线技术简介ZigBee技术的研发是以IEEE802.15.4为基础，Zigbee技术的研发主要是关于安全、组网和应用软件。第一份Zigbee规范“ZigbeeSpecifcationV1.0”于2005年Zigbee联盟公布。该联盟定义的标准定义了IEE802.15.4的媒体访问控制层与物理层的支持与网络上的应用服务。Zigbee无线通信技术具有以下特点：1.1.1成本低功耗低Zigbee频段是免费使用的，无需缴纳专利费，而且Zigbee协议栈的源代码是开元的，此外，Zigbee射频芯片价格低廉，这极大了降低了研究成本。芯片供电3.3V的供电可以

5、满足，在节点设计上，一个节点工作半年时间也只需要2节5号干电池提供电源。Zigbee具有工作周期长的优势，是目前WIFI、蓝牙等无线技术无可媲美的。1.1.2速率低延时短对于低速率数据传输的应用要求，Zigbee在2.4GHz提供的的数据吞吐率为250kbps，传输速率在20～250kbps之间。目前的蓝牙技术与WIFI技术从睡眠转入工作状态需要3～10s和3s，而Zigbee只需要15ms，相对而言，Zigbee的响应速率是比较快的。1.1.3距离短容量高Zigbee无线传输在视距理论上是100m，而增加路由节点可以增长传输距离。Zigbee可以

6、进行多节点组网，最多可以设计65000个节点，每一个中心节点汇聚若干个254个节点，并且可以由高层节点向下层节点进行管理。在Zigbee整个传感网络中，我们可以采用星状、片状和网状等网络结构进行组网。1.1.4安全高免费照频段ZigBee在无线通信技术中具有很高的安全性，其具有三级安全模式：采用高级加密标准(AES128)的对称密码、使用访问控制清单(防止非法获取数据)及无安全设定。2.4GHz是全球免费工业、医疗、科学使用频段。2.5GHz频段的信道带宽为5MHz，具有16个信道。2总体设计方案我国水产养殖正在往集中型的大规模养殖发展，针对有规模

7、的水产养殖，Zigbee的无线监控系统可以发挥很大作用。通过在养殖场的分布温度传感节点，传感节点可以实时监测水温，经无线协议传输给协调节点，距离远的节点可以通过添加路由节点以达到远距离的温度传输。协调节点在通过组网接收到各传感节点的数据后经过串口传输给PC机，供上位机显示和预警。设计中，主要有传感节点、路由节点和协调节点组网组成系统，进行无线传输，其中路由节点和传感节点的低功耗可以进行电池供电，协调节点直接连接监控端可由监控端供电。2.1芯片选择本设计选用的Zigbee芯片为TI公司的CC2530，CC2530是目前Zigbee设计运用中使用最多的

8、无线射频芯片，它是目前一个真正用于IEEE802.15.4协议标准，RF4CE以及Zigbee应用的片上系统(SoC)解决