基于无线传感器网络的节水灌溉管制系统

农业灌溉是我国的用水大户，其用水量约占总用水量的70％。据统计，因干旱我国粮食每年平均受灾面积达两千万公顷，耗损粮食占全国因灾减产粮食的 50％50％。耐久以来，由于技术、维护水平落后，招致灌溉用水糜费十分严重，农业灌溉用水的使用率仅40％40％。假设依据监测土壤墒情信息，及时控制灌溉机遇和水量，能够有效提高用水效率。而人工定时测量墒情，不但消耗大量人力，并且做不到及时监控；采用有线测控系统，则须要较高的布线本钱，不便于扩展，并且给农田耕作带来不便。因而，设计一种基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统，该系统首要由低功耗无线传感网络节点议决ZigBee自组网方式构成，从而防止了布线的不便、灵敏性较差的缺陷，完成土壤墒情的延续在线监测，农田节水灌溉的自动化控制，既提高灌溉用水使用率，缓解我国水资源日趋紧张的矛盾，也为作物生长提供良好的生长环境。
　　1 系统构架
　　1．1 无线传感器网络
　　无线传感器网络技术使用在该节水灌溉控制系统中，其中心技术是ZigBee自组网技术。 ZigBee是一种低庞杂度、低功耗、低数据率、低本钱、高牢靠信度、大网络容量的双向无线通讯技术。由使用层、网络层、介质接人控制层和物理层组成。 ZigBee网络中的配备分为全功用配备(Full Function Device，FFD)和简化功用配备(RedUCe Function Device，RFD)两种。 ZigBee网络支持星型网、树状网和网状网三种拓扑构造。本系统采用混合网，底层为多个ZigBee监测网络，担任监测数据的采集。每个ZigBee监测网络有一个网关节点和若干的土壤温湿度数据采集节点。监测网络采用星型构造，网关节点作为每个监测网络的基站。网关节点具有双重功用，一是充任网络协调器的角色，担任网络的自动树立和维护、数据聚集；二是作为监测网络与监控中心的接口，与监控中心传递信息。此系统具有自动组网功用，无线网关不断处于监听形态，新添加的无线传感器节点会被网络自动发觉，这时无线路由会把节点的信息送给无线网关，有无线网关举行编址并计算其路由信息，更新数据转宣布和配备关联表等。
1．2 系统体系构造
　　该系统以单片机为控制中心，由无线传感节点(RFD)、无线路由节点(FFD)、无线网关(FFD)、监控中心四大局部组成，议决ZigBee自组网，监控中心、无线网关之间议决GPRS举行墒情及控制信息的传递。每个传感节点议决温湿度传感器，自动采集墒情信息，并结合预设的湿度上下限举行剖析，判别能不能须要灌溉及什么时辰中止。每个节点议决太阳能电池供电，电池电压被随时监控，一旦电压过低，节点会发出电压过低的报警信号，发送成功后，节点进入睡眠形态直到电量充足。其中无线网关衔接ZigBee无线网络与GPRS网络，是基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的中心局部，担任无线传感器节点的维护。传感器节点与路由节点自主构成一个多跳的网络。温湿度传感器散布于监测区域内，将采集到的数据发送给就近的无线路由节点，路由节点依据路由算法挑选最好路由，树立相应的路由列表，其中列表中包含本身的信息和邻居网关的信息。议决网关把数据传给远程监控中心，便于用户远程监控维护。本文设计的基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统组成框图如图1所示。