基于WSN的温室环境监测节点设计

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1、2010年11月农机化研究第11期设施农业环境因子无线监测及预警系统设计张佐经，张海辉，翟长远，胡瑾(西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100)摘要:针对传统温室内环境因子数据采集系统存在的问题，设计了一种能够实时测量、自动传输数据的设施农业环境因子监测以及预警系统。该系统基于无线传感器网络，以ZigBee模块CC2430芯片为核心，实现环境因子数据的采集、汇聚;采用GSM模块MC39i将数据以短信形式发至监控中心，实现了温室大棚内环境因子数据的无线监测以及远程传输;当某一环境因子超出阈值时，系统自动发送预警短信

2、至用户手机或监控中心，提醒用户及时采取预防措施。该系统解决了传统手工测量工作量大、传统有线网络布线难的问题，提高了设施农业的自动化、信息化程度，可预防灾害性天气对农户造成的损失，可方便有效地用于各种温室大棚。关键词:设施农业;环境因子;无线监测;短信预警;ZigBee+中图分类号:TP273．5文献标识码:A文章编号:1003－188X(2010)11－0078－05端监测节点加网关节点的设计思想，组成一个树状网0引言络，如图1所示。近年来，设施农业在我国取得了长足的发展，特别是温室大棚的应用越来越广泛。而对温室大棚内大气温湿度

3、、土壤温湿度、光照强度、CO2浓度等环境因子数据的监测是实现农业自动化高效化的重要环节之一。传统的手工测量费时费力，效率低下，数据误差大;有线网络监测系统布线困难、前期投资大、后期维护困难;而无线传感器网络是近年来随着嵌入式技术、无线通信技术、网络技术的快速发展而出现的一种全新的信息获取技术，可随时随地实现数据采集和无线传输，并且具有低功耗、维护成本低和自组网等特点。因此，将无线传感器网络技术、GSM技术引入到温室监测中，建立温室大棚环境因子无线监测及图1系统架构图预警系统，对实现温室大棚内环境因子信息采集的自终端监测节点放置在

4、大棚内需要监测的各点处，动化、信息化、智能化具有重要意义，同时可预防灾害负责完成温湿度、光照强度、CO2浓度等环境因子数性天气对农户造成的损失，降低农户种植风险，切实据的采集、处理和无线发送。终端节点采用chipcon提高农户收入。公司的CC2430芯片作为核心，该芯片内置一个小巧的8051控制器和一个高性能的2．4GHz射频收发器，1系统结构能够同时完成数据的采集、处理和无线传输任务。网1．1系统基本架构关节点是整个系统运作的核心，负责整个无线传感器该监测系统基于ZigBee无线传感器网络，采用终网络的建立、维护以及所有终端监

5、测节点采集数据的接收、处理和转发，并具有短信预警功能。网关节点收稿日期:2010－04－11采用CC2430加GSM模块MC39i的设计，负责将各节基金项目:国家“十一五”科技支撑计划项目(2007BAD79B00);西安市农业科技攻关项目(NC09007(2))点采集到的环境因子数据通过GSM网络以短信的形作者简介:张佐经(1982－)，男，西安人，助教，(E－mail)sigady@式发送至监控中心或通过RS232串口发送至PC机。126．com。当某一数据超出设定的阈值时，通过发送预警短信至通讯作者:张海辉(1977－)，

6、男，湖南娄底人，副教授，(E－mail)zhanghh@nwsuaf．edu．cn。用户手机或监控中心实行预警功能，提醒用户及时采·78·2010年11月农机化研究第11期2取预防措施。为IC总线。1．2系统特点采用SLST1－5数字型土壤温度传感器，其工作该系统采用ZigBee无线通信技术，具有以下几个电流1．5mA，待机电流1μA，测量精度±0．5℃，接口特点:为单总线。1)自组网能力。基于ZigBee的无线传感器网络采用H550数字型CO2传感器，其工作电流－62具有无需人工干预、自组网、自动增加删除节点等特15mA，精度

7、为±30×10，接口为IC总线。点。当某个节点发生故障时，网络能够进行自我修采用FDS100模拟型土壤湿度传感器，工作电流复，重新选择路由路径，保证整个系统仍能正常工作。15mA，精度≤3%，输出为0～2V模拟电压信号。其2)通信可靠。系统采用CSMA－CA的碰撞避免输出信号与CC2430的ADC接口相连，通过CC2430机制，避免数据通信时的竞争和冲突，保证数据传输的内部模数转换实现数据转换。的可靠性。2．2终端监测节点电源设计终端监测节点采用锂电池供电，电源电路主要包2终端监测节点设计括电压转换电路和锂电池的充电电路。正常工

8、作时，2．1终端监测节点硬件电路设计通过锂电池供电，电源转换芯片将4．2V锂电池电压终端监测节点是设施农业环境因子监测以及预转换为3．3V供给各芯片;当插上5V直流电源时，锂警系统的基本组成单元，用来完成环境因子数据的采电池和终端监测节点共同作为负载，这时可实现