zigbee技术在微灌测控系统中的应用研究

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1、Zigbee技术在微灌测控系统中的应用研究摘 要：ZigBee是基于IEEE802.15.4的一种新兴的无线网络技术，具有功耗低、组网能力强、成本低等特点。简要介绍了ZigBee技术，提出一种基于ZigBee的微灌测控系统。根据ZigBee网络的特点，设计了微灌测控系统网络，表述其工作方式，给出了硬件和软件方案。关键词：ZigBee；IEEE802.15.4；微灌；测控系统前言缺雨少水是农业发展的一大瓶颈，而微灌是现代几大节水灌溉技术（渠灌，喷灌，滴灌等）中最有效、利用率最高的灌溉技术之一。建立一套高用水率，高性价比的微灌测控系统，对

2、发展我国农业来说，意义重大。目前，国内大部分微灌系统都是采用有线方式来采集和传递墒情信息；另有提出用GSM/GPRS，CDMA等无线通信模块来传递信息的系统，GSM/GPRS无线通信模块，价格比较高，使用要收费，且需要借助于公用通信网，考虑到农场均在偏远地带，多处接收不到信号，可行性不大；还有的提出了点对点的近距离无线通信模块[1]，其组网性能不佳，也不能大规模组网。目前发展迅猛的WPAN(无线个人局域网)新通信技术－ZigBee，无需借助公用通信网的支撑，低功耗，分布面积广，在作物种植区中组网便捷，且建网成本低，适合用在微灌测控系统

3、中。本文提出一种基于ZigBee技术的微灌测控系统，用来完成墒情信息的采集和传递，以及控制电磁阀动作，从而完成整个微灌控制的过程。1ZigBee技术简介在各种近距离无线通信技术层出不穷，竞争激烈的环境下，ZigBee以其低功耗、低成本脱颖而出。ZigBee技术是建立在IEEE802.15.4的基础上的。IEEE802.15.4是一种经济、高效，工作在868M/915M/2.4GHz频段的无线技术，用于个人区域网和对等网状网络。ZigBee是推动IEEE802.15.4在业界广泛使用的产业联盟，该技术于2002年由美国Motorola、

4、日本Mitsubishi、荷兰Philip、英国Invensys等公司联合成立的联盟提出[2]。目前已有14个ZigBee促进组织成员，即Eaton、Ember、Freescale、Honeywell、HuaWei等。2006年11月，ZigBee联盟公布了首批ZigBee认证产品，有4家公司的产品入选:MaxStreamde的Xbee,、NECEngineering的ZB24FM-Z、S3C的GC63、SoftwareTechnologiesGroup的SensorNetworkInfrastructure(SNI)。目前已获得超过

5、150家公司的支持。ZigBee产品有省电，可靠，低成本，网络容量大和安全等特性。ZigBee协议的框架图如图1所示[3]。2干旱区域微灌测控系统的组成和特点2.1系统总体结构微灌是利用专门设备，将有压水变成细小的水流或水滴，湿润作物根部附近土壤的滴水方法，微灌包括滴灌，微喷灌和涌泉灌[4]。本文以滴灌系统为例，来架设整个微灌系统。微灌里有许多灌溉设备，在滴灌中所用的设备有毛管，支管，干管。所谓毛管，就是直接向灌水器配水的管道，支管是直接向毛管配水的管道，干管是直接向支管配水的管道[4]。滴灌就是滴水灌溉技术，它是将具有一定压力的水由

6、滴灌管道系统输送到毛管，然后通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器，将水以水滴方式均匀而缓慢滴入土壤，满足作物生长所需水分，它是一种局部灌水技术[5]。滴灌系统示意图如图2所示。 图2中水从干管流向支管，通过支管流向毛管，再经过毛管均匀流向作物。连接支管和毛管的关键部件是电磁阀，通过控制电磁阀的开合，就可以使水流向作物或终止供水。电磁阀的开合通过RTU（远程终端单元）控制，每个RTU控制2个电磁阀。RTU与RTU之间通过ZigBee网络联系在一起。ZigBee在此处的作用，就是联络网关与RTU，使之信息互传。再通过其他多种通信手

7、段，使网关与中心站之间信息互传。从而完成RTU与中心站，以及中心站到RTU之间的信息交换。根据SL427-2008《水资源监控管理系统数据传输规约》，要求在工作期间[6]：（1）整个网络ZigBee系统数据通信误码率小于10－5，通信可靠度＞99.99％，控制可靠度＞97％；（2）监控中心正确接收1次所属全部监控站数据的时间不超过2min，完成1次区域遥测站数据采集并完成灌溉设备的监控不超过3min。整个微灌测控的系统如图3所示。将灌区分成若干个小灌区，每个小灌区设置1个网关，各灌区通过网关和中心站联系；每个网关下面又有许多RTU，这

8、些一起组成微灌测控系统。中心站根据各灌区的墒情信息，负责统一调度灌溉。比如，某个时刻，其中1个RTU采集来的墒情信息显示，该片区域土壤湿度值为作物需水警戒值，则发送命令，开启电磁阀，对该片区域进行灌溉；或者墒情信息显示该