無線傳感器網(wǎng)絡的溫室測控系統(tǒng)方案

1 引言

　　溫室環(huán)境控制是在充分利用自然資源的基礎上，通過改變溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度等溫室環(huán)境因素參數(shù)來獲得農(nóng)作物生長的最佳條件，從而達到增加作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟效益的目的。

　　針對當前溫室控制系統(tǒng)存在的擴展性差、智能化程度不高等問題，在分析了無線傳感器網(wǎng)絡特點的基礎上，設計了基于無線傳感器網(wǎng)絡的溫室測控系統(tǒng)的硬件及軟件。 硬件上設計了傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點，采用溫度、濕度、光照度等傳感器，實現(xiàn)了溫室環(huán)境參數(shù)的自動采集。 軟件上基于模塊化的思想，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的獲取、處理和控制輸出等功能。 該設計具有擴展性好、實用性強、便于操作的特點。

　　2 溫室測控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

　　無線傳感器網(wǎng)絡( wireless sensor network ,WSN) 是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量廉價微型傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)，具有組網(wǎng)方便，靈活性強等優(yōu)點。 其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。 基于無線傳感器網(wǎng)絡的特點，設計的溫室測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　圖1 溫室控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　傳感器節(jié)點從土壤本身或周圍環(huán)境收集溫度、濕度、光照度等信息，完成給定的監(jiān)測任務，將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給控制計算機進行決策，使用制動器精確控制土壤中的肥料和水分。 傳感器網(wǎng)絡的信息采集可以用來指導種植以得到最大產(chǎn)量，還可監(jiān)測并報告作物狀態(tài)。

　　匯聚節(jié)點是在應用環(huán)境下聯(lián)系傳感器節(jié)點和管理節(jié)點計算機的中介，利用它可以連接傳感器網(wǎng)絡與Internet 或WWW 等外部網(wǎng)絡，能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，同時發(fā)布管理節(jié)點的監(jiān)測任務，并把收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡上。

　　3 硬件設計與控制原理

　　3. 1 傳感器節(jié)點的設計

　　傳感器節(jié)點是為傳感器網(wǎng)絡特別設計的微型計算機系統(tǒng)，是無線傳感器網(wǎng)絡的基本單元，它負責傳感和信息預處理， 響應監(jiān)控主機的指令發(fā)送數(shù)據(jù)。 它包括五個主要的模塊：微控制器、無線射頻通信、非易失Flash 存儲器、可擴展的I/ O 接口和電源模塊。 傳感器節(jié)點的設計結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。