温室环境参数Zigbee无线传感器网络监测系统研究

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温室环境参数的监测是精准农业实施中不可或缺的重要组成部分。如何最大限度地挖掘土壤和作物的潜力,做到实时、便捷和精准地对影响植物生长的环境因素进行测量与分析,减少作物生长发育过程中农业物资的浪费,从而降低消耗、增加利润、并保护生态环境的质量是温室环境参数监测研究的意义所在,更是当今农业可持续发展的主题。近年来,物联网技术的迅猛发展给温室环境参数的监测提出了新的解决途径。融合了传感器技术、无线通信技术和计算处理技术的无线传感器网络(WSN)技术能够实时监测、采集并处理网络分布区域内与监测对象相关的多种信息。面向感知、无线通讯以及信息处理的无线传感器网络技术无疑将成为未来温室环境参数监测技术研究的发展方向。本文针对传统温室环境参数监测系统布线繁杂、成本较高、监测灵活性差以及一般无线传感器网络能耗较高等问题,设计了一种基于WSN的温室环境参数监测系统。系统硬件主要由CC2530无线传感器网络传输模块、温湿度传感器、土壤水分传感器和外围电路等部分搭建而成,使用Z-Stack协议栈编制了系统底层软件,基于VB软件平台开发了温室环境参数监测系统上位机软件,系统实现了温室环境参数的实时采集、传输、存储和浏览功能。此外,本文还验证并分析了基于CC2530芯片的无线传感器网络模块的传输特性,能量消耗以及整个温室环境参数监测系统的实用性与可靠性。试验结果表明:利用无线传感器网络技术对温室环境参数进行监测,简化了传统有线温室环境监测系统的测量方式,也使整个系统的监测区域更加灵活且扩展能力得到加强。该系统的无线传感器网节点在距地表1.5米时的有效传输距离为60米,单个节点使用2节5号充电电池,在不更换电池的情况下能够持续进行温室环境参数数据采集工作45天,且系统具有较高的稳定性与实用性。该系统能较为精确的对作物土壤含水量、温室环境相对湿度和空气温度进行监测,且测量的最大误差分别为4.8%、-1.8%和-1.1%,能满足一般温室环境参数监测系统的需求。通过试验及实际运行的结果表明,该温室环境参数Zigbee无线传感器网络监测系统具有精度较高、能耗小、鲁棒性好、成本低、扩展灵活以及安装便捷等优点,且能够实现温室环境参数的实时、准确以及无线监测功能。
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