基于 ZigBee 校园智能灌溉系统的设计

时间：2021-11-23 19:47:31

关键字： Zigbee 校园灌溉节水智能系统自动控制无线技术

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[导读]摘要：文中提出一种新型的网络技术，用以监测植物的生长情况和土壤墒情。该项技术在 ZigBee 智能无线传感器的基础上开发，其主要目的是实现校园智能化灌溉的节水系统。此系统主要结合 ZigBee 无线核心技术和网络终端自动控制以及节水灌溉技术，通过对校园土壤情况的实时监控，统计土壤温度、湿度以及光照强度的实时变化，研究节水灌溉系统，使节水灌溉技术变成一种人工智能系统。

引言

我国水资源浪费情况严重，尤其校园中更明显，在校园建设上节约用水的想法层出不穷。校园绿地灌溉不可或缺，既可让植物正常生长，还能够使学生感受到大自然的美好。但是传统的灌溉方式不够科学，已不能满足现代灌溉的需求，且花费了太多的人力、物力。

本文提出一种新型的网络技术，目的是监测植物的生长情况和土壤墒情。该项技术在 ZigBee 智能无线传感器的基础上开发，主要用来实现校园自动化灌溉。系统采用 ZigBee 无线核心技术与网络终端自动控制以及节水灌溉技术，通过前期对校园土壤情况的实时监控、数据采集，使节水灌溉变得自动化。

1 系统总体功能设计

本文系统的原理就是在 ZigBee 的基础上对室外环境进行监测与统计分析，并进行改善。当然，除了核心技术和各类相关的传感技术，该系统还可与网络进行连接，直接实现室外监测、室内网络上操作。本文系统主要监测室外温度、湿度、光照强度等数据，将其用于评判该环境情况是否能够适应植物的正常生长，各类相关传感器持续不断地将监测到的数据传输到上机位，并进行统计分析处理，再将所得数据结果展现给使用者，人们可直接根据数据结果对灌溉进行合理调控。

在大型的花园种植地，传感器终端直接与水泵连接，监测到的数据由传感器传输后，终端根据所监测到的实时温度、湿度情况以及光照强度的数据反馈，就可智能地根据户外数据监测结果直接下达命令，对水泵的开关进行调节。系统总体框架如图 1 所示。

图 1 系统总体框架

2 无线通信技术

无线通信是任意空间中电磁波的传播性质进行所带数据信息交换的一类通信方式。各类无线通信技术特点见表 1 所列。

3 ZigBee 技术介绍

3.1 ZigBee技术及特点

随着现代科技的飞速发展和人们生活质量的不断提高，无线通信技术已经开始逐步融入到人们的生活中，无论是工业生产还是日常生活都有应用，工业上可用来对自动化仪器进行监控，生活中可用来对家中的实时情况进行监测。无线网络技术具有非常大的发展潜力，其中，ZigBee 相对于其他无线电更为特殊，不仅具有双向无线通信特性，还具有其他特点，如功耗较低，使用成本低，较为简单，适合短距离使用等。ZigBee 技术特点见表 2 所列。

3.2 ZigBee网络拓扑结构

ZigBee设备一般分为路由器（Router）、协调器（Coordinator）和终端设备（End-Device）三种类型。路由器的作用是对接收到的数据进行删选与转发。协调器相当于网络上组织协调的管理者，可对其他路由和节点进行管理。终端设备就是人们读取信息的设备主机。ZigBee 网络拓扑结构还可分为树形、星型及网状三种类型。网络拓扑结构如图 2 示。

基于 ZigBee 校园智能灌溉系统的设计

4 Web 技术

互联网技术涉及的相关技术较多，如网络开发技术、多媒体技术及图形或图像处理技术等。物联网检测平台主要使用网络开发技术中能够实现任何时间对室外环境情况进行监测并记录下数据的技术，当然还要满足对室外设备的自身情况进行监测与控制。

5 传感器技术

传感器是可采集数据信息并将所采集到的物理、化学、生物等非电学量信息转换为电学量信息的元器件。传感器技术就是在物理、化学、生物等相关领域中利用一些恰当的原理或定理所研究发明的工程设备。随着科技的发展，人们对工业生产自动化的要求不断上升，对更加完善的传感器也有了新的需求，传感器需要具有更加宽广的检测范围、更加精确细致的测量、更加高速的反应等。不仅在具有人工智能特性的节水灌溉中使用到了各式各样的传感器技术，人们生活的其他各方面也都与传感器技术息息相关。

6 检验测试

根据系统方案进行样机调试，以 ZigBee 技术为核心搭建智能控制平台。通过上位机对 ZigBee 模块发送指令数据，在不同传感器的配合下，使其自动监测并作出相应应答反馈。样机调试检测如图 3 所示。

7 结语

本文首先对以 ZigBee 为基础的室外环境温度和湿度等数据进行监控与调整，控制系统的整个流程，对整体方案进行了简单阐释，对方案中需要应用到的各项主要技术进行了解释，如 ZigBee 核心技术以及网络拓扑的详细结构和各式各样的传感器技术。方案还以更加宽广的监测范围、更加精确细致的测量、更加高速的反应等更高的要求作为设计目标，采用 ZigBee 组网技术作为室外环境监测系统的主要支持技术。