基于zigbee无线网络的土壤墒情速测仪监控系统.pdf

第27卷第4期农业工程学报Vol.27No.4
Apr.2011
2302011年4月TransactionsoftheCSAE

基于zigbee无线网络的土壤墒情监控系统

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胡培金，江挺，赵燕东

（北京林业大学工学院，北京100083）

摘要：为了提高农业灌溉用水利用率，针对传统有线网络采集布线复杂和成本高的缺点，该文设计了一套基于Zigbee
无线网络和CC2430MCU的土壤墒情监测系统。该系统综合了Zigbee无线网络自行组网、自行愈合和超低功耗的优点，
采用太阳能电池供电，能实时监测和记录土壤墒情信息，为进一步制定节水灌溉策略提供有力的数据支持。初步试验结
果表明，该系统运行稳定，丢包率低，能及时准确的监控土壤墒情信息，并将土壤含水率维持在适合植物生长的最佳含
水量的范围之内。研究结果可为进一步开发更精准的自动灌溉系统提供数据支持。
关键词：CC2430，土壤墒情，zigbee，监控系统，灌溉
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.04.040
文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011)-04-0230-05中图分类号：TP274+.5

胡培金，江挺，赵燕东.基于zigbee无线网络的土壤墒情监控系统[J].农业工程学报，2011，27(4)：230－234.
HuPeijin,JiangTing,ZhaoYandong.Monitoringsystemofsoilwatercontentbasedonzigbeewirelesssensornetwork[J].
TransactionsoftheCSAE,2011,27(4):230－234.(inChinesewithEnglishabstract)

0引言1系统设计

中国水资源总量占世界水资源总量的7%，水资源总1.1无线土壤墒情监测系统结构及工作原理
量位居世界第6位，但是人均淡水资源量只有2200m3，如图1所示，无线土壤墒情监测系统由网关节点（协
居世界第119位，是世界人均占有量的1/4，是全球13调器）、功能节点（路由器）组成[3]。协调器负责选择初
个贫水国之一。中国是农业大国，由于多年来采取传统始通信信道，初始化网络配置并接受子节点加入网络，
的大水漫灌方式，目前中国农业用水的有效利用率仅为它还拥有路由器的全部功能。一个网络只能有一个协调
40%左右，远低于发达国家70%～80%的水平，因此提高器。路由器用于在节点间传递数据包，并允许子节点加
农业灌溉用水利用率已成为研究的热门课题。入。协调器和路由器统称为全功能设备(FFD)[4]。Zigbee
随着信息化浪潮的到来和无线网络技术的发展，越网络中还有一种终端设备，但是终端设备的作用仅限于
来越高的技术已融入到节水灌溉当中，土壤墒情信息的寻找并连接路由器而不能进行数据包的路由，为了方便
采集是绝大多数节水灌溉技术的基础。Zigbee技术是一网络的布置，本系统中的功能节点全都设置成路由节点。
种低成本、低功耗的近距离无线组网通信技术，其自组系统工作原理如图2所示[5]，协调器节点建立网络和配置
网、自愈和、多组网方式、三级安全模式等优点，为无网络当中的各种参数，一旦建网成功后协调器就充当路
线网络的建立带来方便。靳广超等[1]提出了一种基于由器的作用。路由器节点负责上传自身或其他节点向协
zigbee无线网络的土壤墒情检测系统，但仅限于监测土壤调器发送的数据包[10]。
[2]墒情而没有控制功能；王建等提出的基于zigbee土壤墒
情监控系统，通过控制电磁阀的开闭来控制灌溉区域的
土壤含水率，但是这套系统还需要市电的支持，并且控
制策略过于简单。综合以上2种系统的优缺点，本文设
计了一套基于无线传感器网络的土壤墒情监控系统，该
系统整个监测和控制的过程都实现无线化，并能在上位
机中自行设定灌溉阈值和灌溉时间以达到精准灌溉的目
的，而且价格大大低于进口产品价格，便于推广使用。

收稿日期：2010-09-25修订日期：2010-12-12
基金项目：林业公益性行业科研专项（200704040）；2008北京市教育委员
会共建项目（2008BJKY01）共同资助
作者简介：胡培金（1984－），男，江西人，主要研究方向为嵌入式系统设
计。北京北京林业大学工学院，100083。Email:[e-mail]图1系统结构
※通信作者：赵燕东（1965－），女，山东人，博士，副教授，主要研究方Fig.1Frameworkofthesystem
向为智能检测与信号处理。北京北京林业大学工学院，100083。
第4期胡培金等：基于zigbee无线网络的土壤墒情监控系统231

节点结构如图3所示，CC2430作为整个系统的CPU