基于ZigBee技术的农业自动灌溉系统方案

基于ZigBee技术的农业自动灌溉系统方案

一、概述

为了加快农业生产的数字化和信息化的发展，提高农田灌溉中的生产效率，采用单片机技术、ZigBee以及组态等技术设计开发了一种远程灌溉监控控制系统。该系统由监控计算机、主控制器、分控制器等组成。分控制器由传感器、电源模块、太阳能电池板、电磁阀组成，通过传感器把现场的池块温度、土壤含水率、池块水位采集回来，将数据打包后通过GPRS发送到监控终端的上位机;上位机软件接收并处理数据，根据相应的预设参数和采集回来的参数，发送相应的命令给现场。该系统能够控制电磁阀的动作，连续运行未发生故障，可实现无人值守的远程灌溉监控。

现在的农业灌溉都是采用喷灌、滴灌、微灌等技术方法，需要手动对监控现场的情况进行控制，而且需要另外的网络构建与布线，成本较高。随着经济社会的发展，需要一种自动、科学的灌溉系统来控制灌溉。为此设计一种基于ZigBee和STC12C5A60S2的自动灌溉系统，在监控中心通过上位机可以看到现场的数据，同时会根据农业各个生长期的需水情况，自动发送命令控制电磁阀的动作。综合来看，该系统成本低，与传统的控制系统相比更加智能。

2、需求分析

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。这种方式不仅构建起来现场布线麻烦，而且管理维护也不方便、组网方式也不灵活，并且农田的面积大的话，布线费用的造价也比无线的方式昂贵。

另有提出用GSM/GPRS，CDMA等无线通信模块来传递信息，但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，其组网性能不佳，

也不能大规模组网。

本系统运用目前发展迅猛的新通信技术-ZigBee，再加上原有的IP modem合并成为带GPRS的ZigBee无线通讯产品，只需汇聚点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中，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。

二、系统的结构及工作原理

系统由上位机和下位机组成，总体结构图如图1所示。其中，上位机安装了组态软件服务器，负责接;收发回来的数据和发送相应的命令下位机由网关和节点组成。其中，节点是由电源模块、ZigBee模块、传感器、太阳能板、电磁阀等部分组成。在稻田池块处放置节点，根据水稻生长时期和土壤状况确定传感器埋设深度，实时监测池块变化。设计时，在池块中布置8个节点，网关与节点中采用ZigBee树状网络通讯，网关与上位机采用GPRS 通讯，系统网关和节点都通过太阳能板供电。

节点实时采集传感器的数值，经ZigBee传输到网关，数据实时显示在组态屏上，网关将数据融合后由GPＲS传送到上位机。上位机软件接收并处理数据，根据相应的预设参数和采集回来的参数，会自动控制电磁阀启停功能。同时，网关还可以监测电池电量的参数，并传送至上位机。

Zigbee传输网络

前端采用才茂CM210ZigBee模块，通过232/485（端子接口）和采集器相连接，ZigBee 作为一种无线连接，可工作在2.4GHz的传输速率。该型号设备一般为终端节点，完成信息的发送和接收。

ZigBee中心节点采用才茂CM3161ZigBee+GPRS模块，该模块集成了Zigbee+GPRS，中心节点收到的数据可以通过串口直接是输出到服务器上（前端与服务器的距离较近）；还可有通过GPRS把其收到的数据发送的远端的服务器上，GPRS部分采用国际标准TCP/IP通信协议，且两种方式都是实现数据透明传输功能。省去了每个终端的GPRS模块，只需要一个中心节点，节约了成本。

三、方案特点

1、本地采用ZigBee无线组网，设备投入成本低，网络使用零资费，为整个项目节省大量的费用支出、设备配置操作简单，易懂，所有模块能够完成自组网能力，故障自愈，低功耗，稳定；

2、采用本地大面积ZigBee组网汇集通过少量GPRS广域网实现远程集中监控管理，即保证了网络稳定也同时有效降低了成本；

3、CM210系列除了RS232/485通讯接口外还有自带的模拟采集和数字I/O，采用标准MODBUS方式通讯可方便客户直接在设备上扩展应用，节省控制盒数据采集终端成本；

4、CM210系列专为野外无人值守、工作环境恶劣等场合设计，特别适合灌溉等野外监控系统应用；

5、CM210广域传输部分支持公网、APN、VPDN等组网方式，同时支持主备中心、多中心、多种激活和上下线等应用方便客户根据自己需求进行选择，同时支持远程配置，方便后期维护。

四、方案效益

随着物联网、工业无线通信等相关学科发展，农业灌排通过引用相关领域新产品、新技术实现了数据监测、传输、管理、预警、应急指挥的智能化。基于ZigBeee技术智能灌溉系统的研发与应用，在实现节约灌溉、智能灌溉、高效灌溉的同时，不仅可以提高水资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。基于传感器技术的智能灌溉系统将是中国未来发展高效农业和精细农业的必由之路。

【标准】基于Zigbee技术的智能家居系统设计方案

基于Zigbee技术的智能家居系统设计方 家居设备通过Zigbee 进行无线组网，把家居设备的信息和数字视频传输到因特网网络上， 进行实时的显示并进行后续的利用和控制；同时将收集各处传输进来的数字视频信息进行后续的处理和识别。如入侵检测，人脸检测和识别等。 智能家居又称为智能住宅，在国外常用Smart Home 表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electr ON ic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑（Intel ligent Home/Building）等。 智能家居系统利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全。智能家居可以提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流通畅，优化人们的生活方式，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 1 项目概述 1.1 智能家居发展概况 智能家居是利用先进的计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起的，自从美国在1984 真正的智能建筑出现以来，国外已经有将近30 年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，从2003 年才逐步应用于高端市场，而且标准不统一，如海信、海尔、清华大学等大家各自为营。由于智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居的开发与建设成为21 世纪科技发展的必然趋势。随着全球对能源和环境的要求越来越高，而智能家居在节能方面的效果优势非常明显，因此具有非常广阔的市场前景。 1.2 开发板主要参数 本项目所使用开发板为Real6410 开发板，采用三星公司的ARM11 内核的处理器 S3C6410.开发板上还集成了123 M的DDR 内存以及1 GB NandFlash, 同时预留了

基于Zigbee的智能家居无线图像监控系统设计与实现

辽宁建材 ２００８年第５期 基于Ｚｉｇｂｅｅ的智能家居无线图像监控系统设计与实现 １引言 随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们已不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。监控系统作为安全防范的重要手段，越来越多的应用在智能家居中。 无线监控系统集成了计算机技术、无线宽带通讯技术、图像解压缩技术、图像识别技术、红外图像采集技术、工业数据采集等诸多学科的技术。与传统的有线监控系统相比，它具有很大的优势：系统的组建比较简单，可省去布线的麻烦；具有可移动性，并且不受地点限制，可随意摆放在家里任何一个角落；在拆迁时直接取下布置的无线监控产品就可以带走了。 目前，无线图像监控系统广泛应用于家居监控、交通监控、１１０报警中心对城市重要现场监控、公安通讯指挥车的重要现场监控、收费站监控系统、油田及矿山的重要现场监控、重要仓库，码头、森林防火监控、银行监控联网等领域。 ２无线通信技术介绍 目前，各种无线传输技术林立，都在争取成为市场标准。每个技术都有其立足的特点：有基于传输速度、距离、耗电量等特殊要求的；有着眼于功能的扩充性的；还有符合某些单一应用的特别要求的。 （１）蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口，能在近距离范围内实现相互通信或操作。但蓝牙技术遭遇最大的障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。 （２）ＩｒＤＡ是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网（ＰＡＮ）的技术。 ＩｒＤＡ的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功能低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。ＩｒＤＡ的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔。 （３）Ｗｉ－Ｆｉ无线保真技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。虽然由Ｗｉ－Ｆｉ技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到１１ｍｂｐｓ，符合个人和社会信息化的需求。 （４）Ｚｉｇｂｅｅ是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“ＨｏｍｅＲＦＬｉｔｅ”或“ＦｉｒｅＦｌｙ”无线技术，主要用于近距离无线连接。与蓝牙、红外、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ和无线局域网等无线系统相比较，ＺｉｇＢｅｅ技术的主要包括数据传输速率低、功耗低、成本低、时延短、安全、网络容量大、优良的网络拓扑能力、有效范围小、工作频段灵活等特点。 赵强 （沈阳建筑大学，辽宁沈阳１１０１６８） ［摘要］本文结合智能家居监控系统的实际需求，提出了一种基于ＺｉｇＢｅｅ协议的无线图像监控解决方案，并介绍了该方案的硬件设计、软件开发的方法及过程。 ［关键词］ＺｉｇＢｅｅ；智能家居；图像监控；无线通信；微控制器 ［中图分类号］ＴＵ８５８［文献标识码］Ａ［文章编号］１００９－０１４２（２００８）０５－００２８－０３ ［收稿日期］２００８－０５－１４ ２８

基于ZigBee的城市智能公交网络系统

基于ＺｉｇＢｅｅ的城市智能公交网络系统 ■河北理工大学朱开宇刘佳宇安永丽 王文辕王烽源 提出一种新型的智能公交系统。该系统基于分布式ＺｉｇＢｅｅ网络，能够以较低的成本实现全部线路车辆…的定位和预报功能，同时具有高可靠性和易扩展性。ＺｉｇＢｅｅ是一种新兴的自动路由短距无线网络通信技… 术，但由于其管理网络范围有限，无法直接用于整个城市公交线路。本文以划分区域和边界路由的方式 解决了上述问题，给出了区域化的网络结构和系统的软硬件设计方案。 关键词ＺｉｇＢｅｅ低成本智能公交ＣＣ２４３０ 引言 在一个城市的发展规划中，交通的治理是政府工作中的首要大事，而公共交通的发展更是关系到城市交通是否便利的关键。我国目前使用最为广泛的公共交通工具还是公交车，因此利用科技发展智能公交是必然趋势。众所周知，普通的公交站牌仅能为乘客提供公交路线信息，而不能提供乘客同样关心的车辆位置信息。随着社会节奏的加快，这种不便因素越来越困扰人们，从而影响对出行方式的选择。于是，以ＧＰＳ配合控制中心的智能公交系统应运而生：在公交车上安装ＧＰＳ，为控制中心提供车辆位置信息；控制中心再通过有线网络或ＧＰＲＳ网络反馈到电子站牌，显示车辆到达的信息。 这样的系统虽可以提供车辆位置信息，但是仍存在以下不足： ①站牌显示的到达时间存在较大误差。由于路况、定位精度、信息刷新时间、信息处理传送时间等因素的影响，所显示时间精确度较差，乘客对这样的信息无法重视。 ②整个系统的成本很高。每辆公交车安装ＧＰＳ和无线数据传输系统，构建一个庞大的监控中心和带有无线接收系统的点阵显示站牌，几条路线成本就几百万。此外，还需不断投入运行维护的费用，例如在使用ＧＰＲＳ通信的站牌系统中，每辆车需要缴纳ＧＰＲＳ包月的费用。 ③系统过于复杂，可靠性有所下降。保证所有公交车辆和站牌都能与中心通信，且不受阻碍是较困难的。一旦任何一方联系中断，站牌信息就无效了。 ④易受到破坏。这种站牌成本高，可能会成为一些不法分子盗窃的对象，已有媒体报道出现几万元的站牌遭到破坏的情况。 １无线站牌系统工作原理 首先，分析一下对公交车的运行情况：一般市内公交站距大约在５００～８００１２１，那么车辆在两站之间正常运行时间为２～４ｍｉｎ（按照车速为３０ｋｍ／ｈ左右计算），而公交车辆发车间隔为５～１５ｍｉｎ，从而可以得出结论大约每５站就有一辆公交车。由于乘客一般只关心下一趟公交车辆的到达情况（如到达时间及乘客多少），所以，对于每个站牌只定位即将到达的公交车辆就可满足乘客要求。因此，通过把公交车辆当前到达某站的信息传递给其他４个站牌，再经过计算就可以预测出该车辆到达的时间。该预测精度已经可以满足乘客的需求。 系统工作过程简述如下（如图１所示）：当车辆１到达某站Ａ时启动车载发射机，发出车辆到达信号，其内容包含车辆识别信息、乘客状况等。由站牌内处理器记录到达时间，并由Ａ站发射机发送该车辆到达Ａ站的信息，其信号通过无线网络可到达该车辆运行方向的下一站（Ａ＋１站）。Ａ＋１站接收到车辆到达Ａ站的信息后，处理器根据所收到的信息，驱动显示系统显示车辆到达Ａ站，同时转发此信息给下一站。下一站（Ａｑ－２站）收到信息后，信息处理方式与Ａ＋１站相同。直到该线路前一趟车（车２）即将到达的站点Ａｑ－孢站收到此信息，它将不再转发该信息（此时它应负责转发车２的即将到站信息）。 图１站牌信息中断传输原理 ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ（投稿专用）Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ＆ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔ删１７　万方数据

基于ZigBee技术的智能停车场系统研究_杨登强

44基于ZigBee技术的智能停车场系统研究 杨登强，王玉洁 (四川大学 计算机学院，四川 成都 610064) 摘 要：针对当前城市中普遍存在的停车难及停车场管理不规范的问题，提出了一种基于ZigBee技术的智能停车场管理系统。该系统采用125 kHz激励器唤醒载有2.4 GHz高频电子标签以及语音播报模块的车载单元，结合红外线反射性传感器和CC2530实现停车定位，并通过ZigBee无线通信网络实现车辆和控制中心的交互，从而实现无障碍智能停车场管理。本方法比传统的停车场管理方式更加准确、便捷、高效。 关键词：ZigBee；无线传感网；智能停车场；物联网 中图分类号：TP393.17 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)08-0044-04 Research on an intelligent parking system based on ZigBee YANG Deng-qiang, WANG Yu-jie (School of Computer Science, Sichuan University, Chengdu 610064, China) Abstract: Aiming at the common problems of parking dif? culty and nonstandard parking lot administration in cities, an intelligent parking system based on ZigBee technology is proposed in the paper. Compared with traditional parking system, the proposed system is more accurate, convenient and ef? cient by means of 125 kHz activator to activate the vehicle-mounted card consisting of 2.4 GHz RFID tag and speech broadcast chip. The system also locates the car by using the combination method of infrared re? ective sensor and CC2530, and utilizes ZigBee wireless network to realize the interaction between cars and the control center, which achieves barrier-free intelligent parking management. Keywords: ZigBee; wireless sensor network; intelligent parking; internet of things 0 引言 随着汽车产业的高速发展、汽车制造成本的持续下降以及国民可支配收入的日益提高，城市汽车拥有量急剧增加。为了充分利用有限的停车场资源来最大程度地满足车辆停泊的需求，各种类型的停车场(例如机械式停车场、平面式停车场、智能立体停车场、遥控停车场等)不断地涌现出来。传统的停车场管理系统面对越来越大的停车场进行车辆进出管理、收费、车位查找等工作会变得越来越繁琐复杂、费时费力，不仅管理效率低下，同时也存在一定的安全隐患。 随着物联网(Internet of Things，IOT)技术在最近几年的飞速发展，基于无线传感网络的物联网技术越来越多地应用到智能停车场管理系统中。本文提出了一种基于ZigBee技术的智能停车场管理系统，该系统利用125 kHz的激励器来触发载有2.4 GHz高频电子标签以及语音播报模块的车载单元，结合红外线反射性传感器和CC2530实现停车定位，同时利用ZigBee无线通信网络作为主干网通信网络，上传车辆信息与下发停车诱导信息，以实现无障碍智能停车场管理，从而有效地降低了车载单元的功耗，也使停车场管理更加准确、便捷、高效。 1 智能停车场系统的研究现状 智能停车场系统主要需要解决以下几个问题[1]。第一，无障碍停车；第二，自动计算停车场内的空闲停车位，并可视化显示；第三，对进入停车场的车辆进行停车诱导，避免车辆在场内无序流动，出现交通拥堵状况；第四，自动对进出停车场的车辆进行收费；第五，自动分析停车场不同时期的车流量，指导优化停车场管理与资源配置；第六，对停车场内的车辆进行在位监控。 现有的智能停车场系统主要以感应卡、IC卡或ID卡为载体，当车辆行驶到入口或出口时，将卡片靠近读卡器，系统在获取读卡器上传的持卡人信息后，按照预先写好的程序对车 ———————————————— 收稿日期：2012-05-28 基金项目：博士点基金资助课题(20100181110053) 物联网技术 2012年 / 第8期