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        基于ZigBee校園智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計

        2019-11-16 12:26:24董世林劉承橋王振
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2019年10期
        關(guān)鍵詞:智能系統(tǒng)自動控制節(jié)水

        董世林 劉承橋 王振

        摘 要:文中提出一種新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),用以監(jiān)測植物的生長情況和土壤墑情。該項技術(shù)在ZigBee智能無線傳感器的基礎(chǔ)上開發(fā),其主要目的是實現(xiàn)校園智能化灌溉的節(jié)水系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要結(jié)合ZigBee無線核心技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)終端自動控制以及節(jié)水灌溉技術(shù),通過對校園土壤情況的實時監(jiān)控,統(tǒng)計土壤溫度、濕度以及光照強度的實時變化,研究節(jié)水灌溉系統(tǒng),使節(jié)水灌溉技術(shù)變成一種人工智能系統(tǒng)。

        關(guān)鍵詞:ZigBee;校園灌溉;節(jié)水;智能系統(tǒng);自動控制;無線技術(shù)

        中圖分類號:TP23文獻標(biāo)識碼:A文章編號:2095-1302(2019)10-00-03

        0 引 言

        我國水資源浪費情況嚴(yán)重,尤其校園中更明顯,在校園建設(shè)上節(jié)約用水的想法層出不窮。校園綠地灌溉不可或缺,既可讓植物正常生長,還能夠使學(xué)生感受到大自然的美好。但是傳統(tǒng)的灌溉方式不夠科學(xué),已不能滿足現(xiàn)代灌溉的需求,且花費了太多的人力、物力。

        本文提出一種新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),目的是監(jiān)測植物的生長情況和土壤墑情。該項技術(shù)在ZigBee智能無線傳感器的基礎(chǔ)上開發(fā),主要用來實現(xiàn)校園自動化灌溉。系統(tǒng)采用ZigBee無線核心技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)終端自動控制以及節(jié)水灌溉技術(shù),通過前期對校園土壤情況的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集,使節(jié)水灌溉變得自動化。

        1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計

        本文系統(tǒng)的原理就是在ZigBee的基礎(chǔ)上對室外環(huán)境進行監(jiān)測與統(tǒng)計分析,并進行改善。當(dāng)然,除了核心技術(shù)和各類相關(guān)的傳感技術(shù),該系統(tǒng)還可與網(wǎng)絡(luò)進行連接,直接實現(xiàn)室外監(jiān)測、室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)上操作。本文系統(tǒng)主要監(jiān)測室外溫度、濕度、光照強度等數(shù)據(jù),將其用于評判該環(huán)境情況是否能夠適應(yīng)植物的正常生長,各類相關(guān)傳感器持續(xù)不斷地將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴蠙C位,并進行統(tǒng)計分析處理,再將所得數(shù)據(jù)結(jié)果展現(xiàn)給使用者,人們可直接根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果對灌溉進行合理調(diào)控。

        在大型的花園種植地,傳感器終端直接與水泵連接,監(jiān)測到的數(shù)據(jù)由傳感器傳輸后,終端根據(jù)所監(jiān)測到的實時溫度、濕度情況以及光照強度的數(shù)據(jù)反饋,就可智能地根據(jù)戶外數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果直接下達命令,對水泵的開關(guān)進行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

        2 無線通信技術(shù)

        無線通信是任意空間中電磁波的傳播性質(zhì)進行所帶數(shù)據(jù)信息交換的一類通信方式。各類無線通信技術(shù)特點見表1所列。

        3 ZigBee技術(shù)介紹

        3.1 ZigBee技術(shù)及特點

        隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提高,無線通信技術(shù)已經(jīng)開始逐步融入到人們的生活中,無論是工業(yè)生產(chǎn)還是日常生活都有應(yīng)用,工業(yè)上可用來對自動化儀器進行監(jiān)控,生活中可用來對家中的實時情況進行監(jiān)測。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有非常大的發(fā)展?jié)摿?,其中,ZigBee相對于其他無線電更為特殊,不僅具有雙向無線通信特性,還具有其他特點,如功耗較低,使用成本低,較為簡單,適合短距離使用等。ZigBee技術(shù)特點見表2所列。

        3.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

        ZigBee設(shè)備一般分為路由器(Router)、協(xié)調(diào)器(Coordinator)和終端設(shè)備(End-Device)三種類型。路由器的作用是對接收到的數(shù)據(jù)進行刪選與轉(zhuǎn)發(fā)。協(xié)調(diào)器相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)上組織協(xié)調(diào)的管理者,可對其他路由和節(jié)點進行管理。終端設(shè)備就是人們讀取信息的設(shè)備主機。ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)還可分為樹形、星型及網(wǎng)狀三種類型。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2示。

        4 Web技術(shù)

        互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及的相關(guān)技術(shù)較多,如網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)、多媒體技術(shù)及圖形或圖像處理技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)檢測平臺主要使用網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)中能夠?qū)崿F(xiàn)任何時間對室外環(huán)境情況進行監(jiān)測并記錄下數(shù)據(jù)的技術(shù),當(dāng)然還要滿足對室外設(shè)備的自身情況進行監(jiān)測與控制。

        5 傳感器技術(shù)

        傳感器是可采集數(shù)據(jù)信息并將所采集到的物理、化學(xué)、生物等非電學(xué)量信息轉(zhuǎn)換為電學(xué)量信息的元器件。傳感器技術(shù)就是在物理、化學(xué)、生物等相關(guān)領(lǐng)域中利用一些恰當(dāng)?shù)脑砘蚨ɡ硭芯堪l(fā)明的工程設(shè)備。隨著科技的發(fā)展,人們對工業(yè)生產(chǎn)自動化的要求不斷上升,對更加完善的傳感器也有了新的需求,傳感器需要具有更加寬廣的檢測范圍、更加精確細致的測量、更加高速的反應(yīng)等。不僅在具有人工智能特性的節(jié)水灌溉中使用到了各式各樣的傳感器技術(shù),人們生活的其他各方面也都與傳感器技術(shù)息息相關(guān)。

        6 檢驗測試

        根據(jù)系統(tǒng)方案進行樣機調(diào)試,以ZigBee技術(shù)為核心搭建智能控制平臺。通過上位機對ZigBee模塊發(fā)送指令數(shù)據(jù),在不同傳感器的配合下,使其自動監(jiān)測并作出相應(yīng)應(yīng)答反饋。樣機調(diào)試檢測如圖3所示。

        7 結(jié) 語

        本文首先對以ZigBee為基礎(chǔ)的室外環(huán)境溫度和濕度等數(shù)據(jù)進行監(jiān)控與調(diào)整,控制系統(tǒng)的整個流程,對整體方案進行了簡單闡釋,對方案中需要應(yīng)用到的各項主要技術(shù)進行了解釋,如ZigBee核心技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)拓撲的詳細結(jié)構(gòu)和各式各樣的傳感器技術(shù)。方案還以更加寬廣的監(jiān)測范圍、更加精確細致的測量、更加高速的反應(yīng)等更高的要求作為設(shè)計目標(biāo),采用ZigBee組網(wǎng)技術(shù)作為室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要支持技術(shù)。

        參 考 文 獻

        [1]方旭明,何蓉.短距離無線與移動通信網(wǎng)絡(luò)[M].北京:人民郵電出版社,2004.

        [2]孫利民,李建中,陳渝,等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

        [3]劉瑞強,馮長安,蔣挺.基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].遙控遙測,2006,27(5):57-61.

        [4]鄒濤.網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2006:76-98.

        [5] ZigBee alliance.ZigBee document 053474r06 [S]. Version 1.0.American:ZigBee alliance,2004:15-29.

        [6]李文仲,段朝玉.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007:29-159.

        [7]劉舒祺,施國梁.基于熱釋電紅外傳感器的報警系統(tǒng)[J].國外電子元器件,2005,4(3):18-20.

        [8]鄭長風(fēng),程光偉,郭軍.一種基于紅外探測轉(zhuǎn)無線撤警監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2003,5(4):84-86.

        [9]沈聿農(nóng).傳感器及應(yīng)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014:12-22.

        [10]王小強.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012:124-143.

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