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(jìn)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(zāi)害做出及時預(yù)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(luò)技術(shù)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(fù)雜，對無線環(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。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、家庭自動化、醫(yī)療護(hù)理、智能農(nóng)業(yè)、消費類電子和遠(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，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)合溫室大棚的實際情況設(shè)計了基于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)將端點發(fā)送的數(shù)據(jù)包從一個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到接收終端設(shè)備的相應(yīng)端點,當(dāng)建立一個新的網(wǎng)絡(luò)時，必須告知協(xié)調(diào)器如何創(chuàng)建源端點和目標(biāo)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(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)或一個類似于設(shè)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(hù)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(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(luò)的中心，負(fù)責(zé)發(fā)起建立和維護(hù)整個網(wǎng)絡(luò)，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(jìn)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(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(luò)中的每一個節(jié)點都有1個16-bit網(wǎng)絡(luò)短地址和1個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)點匯聚到網(wǎng)絡(luò)中心。其中，16-bit網(wǎng)絡(luò)地址是在節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)時由其父節(jié)點動態(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)點加入網(wǎng)絡(luò)時，由其父節(jié)點分配給它。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)點間的從屬關(guān)系。當(dāng)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(luò)。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(luò)地址。它會為第一個與它關(guān)聯(lián)的路由節(jié)點分配比自己大1的地址，之后與之關(guān)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(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)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺硬件規(guī)劃設(shè)計其框圖如圖2所示。
   
                            圖2　結(jié)構(gòu)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(yīng)模塊和通信模塊等五部分。通過對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)合本項目硬件方案的規(guī)劃設(shè)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(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)點和信息匯聚節(jié)點研制等問題，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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