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驗室化驗分析后對農(nóng)作物生長環(huán)境進行評估。該方式完成全域性農(nóng)作物生長環(huán)境的監(jiān)測與評估周期長，缺乏實時性，無法對農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境狀況及潛在災害做出及時預警。為此，需要根據(jù)實際的農(nóng)業(yè)生長環(huán)境現(xiàn)狀，采用無線傳感網(wǎng)絡技術實時獲取農(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)溫室大棚實際環(huán)境復雜，對無線環(huán)境數(shù)據(jù)采集影響較大，所以本文結合農(nóng)業(yè)溫室大棚數(shù)據(jù)采集研究基于ZigBee傳輸技術的數(shù)據(jù)采集組網(wǎng)，實現(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。
關鍵詞：ZigBee　組網(wǎng)　環(huán)境數(shù)據(jù)采集


通信技術快速發(fā)展，短距離無線通信技術已經(jīng)成為通信技術中的一大熱點。低速率、低功耗、低成本的ZigBee技術作為無線傳感器網(wǎng)絡的主要支撐技術獲得廣泛的關注，ZigBee作為一種新興的短距離無線通信技術，正有力地推動著低速率無線局域網(wǎng)絡的發(fā)展，可以廣泛應用于工業(yè)控制、家庭自動化、醫(yī)療護理、智能農(nóng)業(yè)、消費類電子和遠程控制等領域?，F(xiàn)在該技術已經(jīng)成為研究的新熱點，研究ZigBee組網(wǎng)技術，可為下一步應用打下良好理論基礎，本研究課題將結合農(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的技術溫室大棚局域網(wǎng)組網(wǎng)方案，為大規(guī)模實現(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)方案結構
本方案結合溫室大棚的實際情況設計了基于ZigBee技術的星形網(wǎng)絡，由網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器和若干個傳感器終端設備構成。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器負責網(wǎng)絡的組建、管理工作，而終端設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)絡發(fā)送給所在網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器，結構模型如圖1所示。

                   
                                                      圖1　結構模型示意圖
協(xié)調(diào)器負責將端點發(fā)送的數(shù)據(jù)包從一個節(jié)點轉發(fā)到接收終端設備的相應端點,當建立一個新的網(wǎng)絡時，必須告知協(xié)調(diào)器如何創(chuàng)建源端點和目標端點之間的鏈路。ZigBee協(xié)議定義了一個稱為端點綁定的特殊過程。作為綁定過程的一部分，一個遠程網(wǎng)絡或一個類似于設備管理器的節(jié)點會請求協(xié)調(diào)器修改其綁定表，協(xié)調(diào)器節(jié)點維護一個基本上包含兩個或多個端點之間的邏輯鏈路的綁定表，每個鏈路根據(jù)其源端點和群集ID來唯一定義。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器采用持續(xù)電力系統(tǒng)供電，而其他設備采用電池供電。星形網(wǎng)是由一個ZigBee協(xié)調(diào)點和一個或多個ZigBee終端節(jié)點組成的。ZigBee協(xié)調(diào)點必須是FFD，它位于網(wǎng)絡的中心，負責發(fā)起建立和維護整個網(wǎng)絡，其它的節(jié)點(終端節(jié)點)一般為RFD，也可以為FFD，它們分布在ZigBee協(xié)調(diào)點的覆蓋范圍內(nèi)，直接與ZigBee協(xié)調(diào)點進行通信，匯聚到協(xié)調(diào)點的農(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)點路由
根據(jù)溫室大棚與采集環(huán)境數(shù)據(jù)的特點ZigBee網(wǎng)絡中的每一個節(jié)點都有1個16-bit網(wǎng)絡短地址和1個64-bitIEEE擴展地址，通過溫室大棚內(nèi)的各種傳感器設備采集到的農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)通過該節(jié)點匯聚到網(wǎng)絡中心。其中，16-bit網(wǎng)絡地址是在節(jié)點加入網(wǎng)絡時由其父節(jié)點動態(tài)分配的，這種地址僅僅用于路由機制和網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡地址是在節(jié)點加入網(wǎng)絡時，由其父節(jié)點分配給它。網(wǎng)絡地址根據(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制，地址間的關系映射出樹狀網(wǎng)絡節(jié)點間的從屬關系。當一個路由節(jié)點的Cskip(d)為0時，它就不再具備為子節(jié)點分配地址的能力，也就是說它就不能夠再使別的節(jié)點通過它加人網(wǎng)絡。如果一個路由節(jié)點的Cskip(d)大于0，它則可以接受其它節(jié)點為它的子節(jié)點，并為其子節(jié)點分配網(wǎng)絡地址。它會為第一個與它關聯(lián)的路由節(jié)點分配比自己大1的地址，之后與之關聯(lián)的路由節(jié)點的地址之間都相隔偏移量Cskip(d)。每個父節(jié)點最多可以分配Rm個這樣的地址。
 
3　組網(wǎng)硬件實現(xiàn)
在符合ZigBee技術組網(wǎng)的條件下，結合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無線單片機實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺硬件規(guī)劃設計其框圖如圖2所示。
   
                            圖2　結構模型示意圖
在整個硬件方案中主要包括處理器模塊、傳感器電路、無線收發(fā)、能量供應模塊和通信模塊等五部分。通過對ZigBee組網(wǎng)技術的研究分析，在組網(wǎng)協(xié)議、路由算法等方面結合本項目硬件方案的規(guī)劃設計能夠?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　結語
農(nóng)作物生長環(huán)境信息的獲取關鍵是無線傳感網(wǎng)絡接入和信息傳輸、無線傳感網(wǎng)絡與移動網(wǎng)絡無縫接入、無線傳感器網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)絡無縫接入、標準化協(xié)同感知傳感節(jié)點和信息匯聚節(jié)點研制等問題，本課題結合ZigBee無線傳輸技術探討了溫室大棚數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)慕M網(wǎng)方案，為該技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植環(huán)境數(shù)據(jù)采集應用做有益探索。
 
參考文獻
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