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ZigBee的遠程低功耗灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計

作者: 時間:2014-01-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
引言
本系統(tǒng)在傳統(tǒng)的滴水灌溉系統(tǒng)基礎(chǔ)上,在農(nóng)田中采用自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進行信息的傳輸,不用在農(nóng)田中布置通信線路;遠程數(shù)據(jù)的傳輸采用GSM網(wǎng)絡(luò),不需要額外地布置通信設(shè)備,減少了農(nóng)田灌溉的成本,增加了系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)采用具有低功耗特性的無線自組網(wǎng)單片機,采用兩節(jié)干電池供電,節(jié)約對能源的消耗。農(nóng)田中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)可以實時地采集灌溉系統(tǒng)的運行狀況,將其傳輸?shù)竭h程的監(jiān)控系統(tǒng),工作人員實時遠程控制灌溉,極大地節(jié)省了勞動力,提高了工作效率,增加了農(nóng)民的收入。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
農(nóng)田種植面積大,地塊分散,這就決定了采集系統(tǒng)應具有如下兩個主要特點:一是系統(tǒng)控制節(jié)點多;二是系統(tǒng)是一個覆蓋面很廣的通信網(wǎng)絡(luò)(采集點具有分散性)?;谏鲜鎏攸c,系統(tǒng)設(shè)計為分布式體系結(jié)構(gòu),主要包含農(nóng)田監(jiān)控終端和監(jiān)控管理中心兩個模塊,而農(nóng)田監(jiān)控終端由于功能的不同又分為終端和ZigBee協(xié)調(diào)器(與上位機交互的終端)?;谏鲜龇治霰鞠到y(tǒng)采用ZigBee技術(shù)和GSM技實現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的組件和數(shù)據(jù)的傳輸。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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遠程的監(jiān)控管理中心通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制指令到農(nóng)田中的ZigBee協(xié)調(diào)器,ZigBee協(xié)調(diào)器收到控制指令后,將其轉(zhuǎn)發(fā)到ZigBee終端,以實現(xiàn)對灌溉系統(tǒng)的控制。首先監(jiān)控管理中心的計算機通過RS232接口向GSM無線通信設(shè)備PTM100發(fā)送AT命令,PTM100以短消息形式通過GSM網(wǎng)絡(luò)把控制命令發(fā)送到農(nóng)田ZigBee協(xié)調(diào)器,ZigBee協(xié)調(diào)器根據(jù)監(jiān)控管理中心發(fā)送的控制命令,向相應的終端發(fā)送控制命令,控制電磁閥的關(guān)斷,Zig Bee終端采集電磁閥的狀態(tài)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絑igBee協(xié)調(diào)器,再通過GSM網(wǎng)絡(luò)將電磁閥的狀態(tài)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
根據(jù)系統(tǒng)功能的要求,系統(tǒng)的硬件電路分為太陽能充電電路、CC2530供電電路、電磁閥驅(qū)動電路。
2.1 太陽能充電電路
由于ZigBee協(xié)調(diào)器不能睡眠而且加入了GSM模塊,ZigBee協(xié)調(diào)器耗電量比較大,因此ZigBee協(xié)調(diào)器必須采用太陽能電池板供給電池充電。其充電電路如2所示。

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太陽能電池板接在J1處,CN3082是一塊太陽能充電管理芯片。當輸入電壓大于電源低電壓檢測閾值時,CN3082開始對電池充電,在預充電狀態(tài)和恒流充電狀態(tài),引腳輸出低電平,表示充電正在進行。如果電池電壓反饋輸入端FB引腳電壓低于1.54 V,充電器處于預充電狀態(tài),充電電流為所設(shè)置的恒流充電電流的20%。電池電壓反饋輸入端FB引腳電壓大于1.54 V且小于2.445 V時,充電器采用恒流模式對電池充電,充電電流由電阻R1確定。當電池電壓反饋輸入端FB引腳電壓大于2.445 V時,CN3082處于維持充電狀態(tài),維持充電電流由輸入電壓VIN、R2和R1決定。在維持充電狀態(tài),當電池電壓反饋輸入端FB引腳電壓下降到1.65 V時,CN3082將開始新的充電周期,進入預充電狀態(tài)或者恒流充電狀態(tài)。
2.2 CC2530供電電路
由于CC2530的供電電壓為2~3.6 V,而充電電池的輸出電壓為3.7 V,因此用充電電池供電的CC2530供電電路必須經(jīng)過一個線性穩(wěn)壓電路,使其輸出電壓變?yōu)?~3.6 V,電路如圖3所示。其中CAT6219—330是一塊輸出電流最大為500 mA、輸出電壓為3.3 V的線性穩(wěn)壓器件,EN端為輸入使能端,高電平時輸入有效。為了提高瞬態(tài)響應,在5腳加一個2.2μF的旁路電容,為了提高電壓抑制比和減少輸出電壓的噪聲,在4腳處接一個0.01μF的旁路電容。

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