基于ZigBee技术温室大棚数据采集组网的应用

摘　要：农作物生长环境数据采集分析，传统的方法是由工作人员定期到田间采集农作物生长环境的土壤墒情、生长环境等信息，通过人工录入并带回实验室化验分析后对农作物生长环境进行评估。该方式完成全域性农作物生长环境的监测与评估周期长，缺乏实时性，无法对农作物生产环境状况及潜在灾害做出及时预警。为此，需要根据实际的农业生长环境现状，采用无线传感网络技术实时获取农作物生长环境的土壤墒情、生长环境等信息。由于农业温室大棚实际环境复杂，对无线环境数据采集影响较大，所以本文结合农业温室大棚数据采集研究基于ZigBee传输技术的数据采集组网，实现农业温室大棚内局域网数据的可靠采集与传输。
关键词：ZigBee　组网　环境数据采集


通信技术快速发展，短距离无线通信技术已经成为通信技术中的一大热点。低速率、低功耗、低成本的ZigBee技术作为无线传感器网络的主要支撑技术获得广泛的关注，ZigBee作为一种新兴的短距离无线通信技术，正有力地推动着低速率无线局域网络的发展，可以广泛应用于工业控制、家庭自动化、医疗护理、智能农业、消费类电子和远程控制等领域。现在该技术已经成为研究的新热点，研究ZigBee组网技术，可为下一步应用打下良好理论基础，本研究课题将结合农业温室大棚农作物生长环境数据的采集与传输探讨基于ZigBee的技术温室大棚局域网组网方案，为大规模实现农作物生长环境数据的采集与传输提供有益参考。
 
1　组网方案结构
本方案结合温室大棚的实际情况设计了基于ZigBee技术的星形网络，由网络协调器和若干个传感器终端设备构成。网络协调器负责网络的组建、管理工作，而终端设备一方面采集模拟数据；另一方面，把这些模拟数据通过无线网络发送给所在网络的协调器，结构模型如图1所示。

                   
                                                      图1　结构模型示意图
协调器负责将端点发送的数据包从一个节点转发到接收终端设备的相应端点,当建立一个新的网络时，必须告知协调器如何创建源端点和目标端点之间的链路。ZigBee协议定义了一个称为端点绑定的特殊过程。作为绑定过程的一部分，一个远程网络或一个类似于设备管理器的节点会请求协调器修改其绑定表，协调器节点维护一个基本上包含两个或多个端点之间的逻辑链路的绑定表，每个链路根据其源端点和群集ID来唯一定义。网络协调器采用持续电力系统供电，而其他设备采用电池供电。星形网是由一个ZigBee协调点和一个或多个ZigBee终端节点组成的。ZigBee协调点必须是FFD，它位于网络的中心，负责发起建立和维护整个网络，其它的节点(终端节点)一般为RFD，也可以为FFD，它们分布在ZigBee协调点的覆盖范围内，直接与ZigBee协调点进行通信，汇聚到协调点的农业环境数据通过本地的电脑终端传输到外网进行数据分析与处理，由于传输的数据量很小通常采用GPRS数据传输。
 
2　传感器节点路由
根据温室大棚与采集环境数据的特点ZigBee网络中的每一个节点都有1个16-bit网络短地址和1个64-bitIEEE扩展地址，通过温室大棚内的各种传感器设备采集到的农作物生长环境数据通过该节点汇聚到网络中心。其中，16-bit网络地址是在节点加入网络时由其父节点动态分配的，这种地址仅仅用于路由机制和网络中的数据传输。网络地址是在节点加入网络时，由其父节点分配给它。网络地址根据地址分配算法得出，目前主流的地址分配算法为分布式地址分配机制，地址间的关系映射出树状网络节点间的从属关系。当一个路由节点的Cskip(d)为0时，它就不再具备为子节点分配地址的能力，也就是说它就不能够再使别的节点通过它加人网络。如果一个路由节点的Cskip(d)大于0，它则可以接受其它节点为它的子节点，并为其子节点分配网络地址。它会为第一个与它关联的路由节点分配比自己大1的地址，之后与之关联的路由节点的地址之间都相隔偏移量Cskip(d)。每个父节点最多可以分配Rm个这样的地址。
 
3　组网硬件实现
在符合ZigBee技术组网的条件下，结合TI公司开发的2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee片上系统解决方案CC2430/CC2431无线单片机实现物联网开发平台硬件规划设计其框图如图2所示。
   
                            图2　结构模型示意图
在整个硬件方案中主要包括处理器模块、传感器电路、无线收发、能量供应模块和通信模块等五部分。通过对ZigBee组网技术的研究分析，在组网协议、路由算法等方面结合本项目硬件方案的规划设计能够实现农业温室大棚农作物生长环境数据的可靠采集与传输。
 
4　结语
农作物生长环境信息的获取关键是无线传感网络接入和信息传输、无线传感网络与移动网络无缝接入、无线传感器网络与互联网络无缝接入、标准化协同感知传感节点和信息汇聚节点研制等问题，本课题结合ZigBee无线传输技术探讨了温室大棚数据采集与传输的组网方案，为该技术在农业生产种植环境数据采集应用做有益探索。
 
参考文献
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