一種基于Zigbee和3G技術(shù)的農(nóng)田環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Zigbee和3G技術(shù)的農(nóng)田環(huán)境 無線監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，很多國家將電子信息技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，形成了以信息技術(shù)為支撐 的新型農(nóng)業(yè)，即"精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)"。精準(zhǔn)包含十個系統(tǒng)，其中農(nóng)田信息采集系統(tǒng)是一個重要方面， 它結(jié)合了現(xiàn)代化GPS、GIS、RS技術(shù)和農(nóng)田間信息采集技術(shù)，面對廣闊農(nóng)田覆蓋面積和環(huán)境 多變等不確定因素，可以準(zhǔn)確獲取農(nóng)田信息，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的作用。
[0003] 在當(dāng)前農(nóng)田信息采集系統(tǒng)中，大多是采用有線通信方式進(jìn)行信息傳輸，這種傳輸 方式具有抗干擾能力差、不易布線、組網(wǎng)方式不靈活等缺點(diǎn)；采用傳統(tǒng)的無線傳輸模塊，存 在延遲時間長且誤碼率高等缺點(diǎn)，不能完全滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于Zigbee和3G技術(shù)的農(nóng)田環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)，旨 在解決傳統(tǒng)傳輸方式存在抗干擾能力差、不易布線、組網(wǎng)方式不靈活，或者延遲時間長且誤 碼率高的問題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于Zigbee和3G技術(shù)的農(nóng)田環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)，包 括：
[0006] 米集單兀，由米集節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，用于通過米集節(jié)點(diǎn)實(shí)時米集農(nóng)田環(huán)境?目 息數(shù)據(jù)并向路由節(jié)點(diǎn)傳送；
[0007] Zigbee無線通信單元，用于選取最優(yōu)路徑后完成數(shù)據(jù)的Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)傳 送，并且根據(jù)元胞蟻群算法完成對路由節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化；
[0008] 嵌入式網(wǎng)關(guān)，包括協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、ARM中央處理器、GPRS模塊和3G模塊，用于通過協(xié) 調(diào)器節(jié)點(diǎn)對Zigbee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組建以及匯集采集信息數(shù)據(jù)，將匯聚的信息數(shù)據(jù)通過3G網(wǎng)絡(luò) 轉(zhuǎn)送至數(shù)據(jù)接收設(shè)備；
[0009] 接收設(shè)備，用于將接收到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并發(fā)送指令至采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程 參數(shù)監(jiān)測。
[0010] 優(yōu)選地，所述采集節(jié)點(diǎn)由傳感器結(jié)合CC2530構(gòu)成；其中，所述傳感器包括溫濕度、 光照強(qiáng)度、土壤溫濕度、CO 2濃度以及土壤PH值傳感器。
[0011] 優(yōu)選地，所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)為樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0012] 優(yōu)選地，所述Zigbee無線通信單元采用改進(jìn)路由算法，用于通過CACO算法將傳感 器的η個采集節(jié)點(diǎn)映射成η個元胞，每個元胞節(jié)點(diǎn)]^存有其所有相鄰節(jié)點(diǎn)的剩余能量值、 禁忌表Tabu、節(jié)點(diǎn)距離和信息素信息，將M只螞蟻放在η個元胞節(jié)點(diǎn)上，每個螞蟻通過計算 選擇概率在臨近范圍內(nèi)對下一個節(jié)點(diǎn)rij進(jìn)行路徑選擇。
[0013] 優(yōu)選地，在接收設(shè)備中，所述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理包括數(shù)據(jù)的分析、處理、存儲、顯示以及 查詢。
[0014] 本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于Zigbee和3G技術(shù)的農(nóng)田環(huán)境無線監(jiān) 測系統(tǒng)，主要由采集單元、Zigbee無線通信單元、嵌入式網(wǎng)關(guān)以及接收設(shè)備構(gòu)成。采集單 元由采集節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，采集節(jié)點(diǎn)由傳感器和CC2530構(gòu)成，主要完成農(nóng)田信息的采 集，并以CC2530為核心的Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)完成對環(huán)境數(shù)據(jù)的發(fā)送和傳輸；嵌入式網(wǎng)關(guān) (ARM網(wǎng)關(guān)）集成3G模塊，將來自于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過3G網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)程接收設(shè)備（包 括監(jiān)控中心或手持設(shè)備），接收設(shè)備從ARM網(wǎng)關(guān)接收信息，完成數(shù)據(jù)的分析、處理、存儲和顯 示及查詢等功能，并可實(shí)現(xiàn)通過上位機(jī)發(fā)送指令控制傳感器節(jié)點(diǎn)完成遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測。上位 機(jī)系統(tǒng)采用LabvieWOll平臺實(shí)現(xiàn)，做到監(jiān)測界面簡潔化。本發(fā)明具有更好的實(shí)時性和準(zhǔn) 確性，而且低功耗，將會有更廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明基于Zigbee和3G技術(shù)的農(nóng)田環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明傳感器節(jié)點(diǎn)電路圖；
[0017] 圖3本發(fā)明Zigbee無線通信電路圖；
[0018] 圖4是S3C2440與3G模塊連接示意圖；
[0019] 圖5是本發(fā)明元胞蟻群優(yōu)化算法流程圖；
[0020] 圖6是本發(fā)明協(xié)調(diào)器工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0022] -種基于Zigbee和3G技術(shù)的農(nóng)田環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示，包括：
[0023] 采集單元1，由采集節(jié)點(diǎn)以及路由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，用于通過采集節(jié)點(diǎn)實(shí)時采集農(nóng)田環(huán)境 信息數(shù)據(jù)并向路由節(jié)點(diǎn)傳送；
[0024] Zigbee無線通信單元2,用于選取最優(yōu)路徑后完成數(shù)據(jù)的Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)傳 送，并且根據(jù)元胞蟻群算法完成對路由節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化；
[0025] 嵌入式網(wǎng)關(guān)3,包括協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、ARM中央處理器、GPRS模塊和3G模塊，用于通過 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)對Zigbee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組建以及匯集采集信息數(shù)據(jù)，將匯聚的信息數(shù)據(jù)通過3G網(wǎng) 絡(luò)轉(zhuǎn)送至數(shù)據(jù)接收設(shè)備；
[0026] 接收設(shè)備4,用于將接收到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并發(fā)送指令至采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程 參數(shù)監(jiān)測。
[0027] 在本發(fā)明中，系統(tǒng)硬件電路主要由CC2530配合傳感器構(gòu)成的無線傳感節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào) 器節(jié)點(diǎn)、S3C2440構(gòu)成的嵌入式網(wǎng)關(guān)和3G通信電路構(gòu)成。農(nóng)田信息的采集、處理和發(fā)送由 無線傳感器節(jié)點(diǎn)完成；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)又稱為匯聚節(jié)點(diǎn)，主要完成Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建和信息的 匯集；系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)是通過3G網(wǎng)絡(luò)將來自于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送到接收設(shè)備4。
[0028] 在采集單元1中，采集節(jié)點(diǎn)，也就是無線傳感節(jié)點(diǎn)，完成對農(nóng)田環(huán)境如空氣溫濕 度、光照強(qiáng)度、土壤濕度、土壤PH值和0) 2濃度等信息采集。傳感器的選取直接影響到系統(tǒng) 性能指標(biāo)，因此，盡可能選取數(shù)字化傳感器，以降低系統(tǒng)能耗、提高測量精度和范圍。
[0029] 在本發(fā)明系統(tǒng)中，空氣溫濕度采用數(shù)字化傳感器SHT15實(shí)現(xiàn)，SHT15自帶14位A/ D，采用I2C總線接口傳輸數(shù)據(jù)，將CC2530的Pcki和P ^與SHT15的DATA和SCK引腳相連 完成溫濕度的采集。對SHT15外配封裝保護(hù)套，做到防水、防塵處理。光強(qiáng)度檢測采用內(nèi)置 16位模式轉(zhuǎn)換器的環(huán)境光傳感器BH1750,它能夠直接輸出數(shù)字信號，接口方式是I 2C總線 接口，測量量程和精度可達(dá)1~655351x。將BH1750的SCL和SDA與2530的PchJP P ^連 接實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度的檢測。土壤濕度傳感器采用簡易式SEN0114,其表面鍍金處理，加強(qiáng)了導(dǎo) 電性和抗腐蝕性，SEN0114僅三個引腳，輸出的是模擬電壓信號，由于CC