基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统

2．2 无线通信模块
基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的通信系统是建立在ZigBee无线通信技术和GPRS的基础上。ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，有2．4 GHz(全球)、915 MHz(美国)及868 MHz(欧洲)三种工作频带。本系统采用目前是传感器网络优先选择的全球通用频段――2．4 GHz，传输速率为250 KB／s，该频段在大多数国家都无需申请许可证。
无线传感节点(RFD)、无线路由节点(FFD)、无线网关(FFD)的通信模块均采用CC2530芯片，在结构上也有一定的一致性，这里只详细介绍无线网关的硬件结构。网关负责无线传感网络的控制和管理，实现信息的融合处理，他连接传感器网络与GPRS网络，实现两种通信协议的转换，同时发布监测终端的任务，并把收集到的数据通过GPRS网络传到远程监控中心，结构框图如图4所示。

网关采用华为GPRS通信模块GTM900C和TI公司的ZigBee射频芯片模块CC2530。GTM900CGPRS模块支持GSM900／1800双频，提供电源接口、模拟音频接口、标准SIM卡接口和UART接口，支持语音业务、短消息业务、GPRS数据业务和电路型数据业务。CC2530是ZigBee新一代SoC芯片，拥有多达256 B的快闪记忆体，允许芯片无线下载，支持系统编程，提供了101 dB的链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性。此外，CC2530结合了一个完全集成的，高性能的RF收发器与一个8051微处理器，8 KB的RAM，32／64／128／256 KB闪存，以及一套广泛的外设集---包括2个USART、12位ADC和21个通用GPIO(General Purpose Input Output，通用输入输出)。远程监控中心的PC端软件用Delphi设计管理界面，建立相应的数据库，实现对土壤墒情的查询、管理、打印以及通过GPRS网络传递控制命令与土壤温湿度信息。

3 软件设计
本节水灌溉控制系统中，监测数据与控制命令在无线传感节点、无线路由节点、无线网关和监控中心之间传送。传感节点打开电源，初始化、建立链接后进入休眠状态。当无线网关接到中断请求时触发中断，经过路由节点激活传感节点，发送或接收信息包，处理完毕后继续进入休眠状态，等待有请求时再次激活。在同一个信道中只有两个节点可以通信，通过竞争机制来获取信道。每个节点周期性睡眠和监听信道，如果信道空闲则主动抢占信道，如果信道繁忙则根据退避算法退避一段时间后重新监听信道状态。在程序设计中主要采集中断的方法完成信息的接收和发送。

4 结 语
本文设计的基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统，应用低成本、低功耗的ZigBee无线通信技术，避免了布线的不便，提高了节水灌溉控制系统的灵活性。系统采用高精度土壤温湿度传感器，根据土壤墒情和作物用水规律实施精准灌溉，不但能有效解决农业灌溉用水利用率低的问题，缓解水资源日趋紧张的矛盾，而且还为作物提供了更好的生长环境，充分发挥现有节水设备的作用，优化调度，提高效益，使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。本系统操还支持对有关参数的人工修改和远程控制，适用于多种作物，能增加农作物的产量，降低农产品的灌溉成本，提高灌溉质量，具有很大的推广价值。此外，配置不同的传感器，该系统可以构成不同功能的监控网络。