ZigBee的遠程低功耗灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計
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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ZigBee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ZigBee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ZigBee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。
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。
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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