一种基于Zigbee和3G技术的农田环境无线监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于农田环境监测领域，尤其涉及一种基于Zigbee和3G技术的农田环境 无线监测系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，很多国家将电子信息技术和农业生产相结合，形成了以信息技术为支撑 的新型农业，即"精准农业"。精准包含十个系统，其中农田信息采集系统是一个重要方面， 它结合了现代化GPS、GIS、RS技术和农田间信息采集技术，面对广阔农田覆盖面积和环境 多变等不确定因素，可以准确获取农田信息，对农业生产有着重要的作用。
[0003] 在当前农田信息采集系统中，大多是采用有线通信方式进行信息传输，这种传输 方式具有抗干扰能力差、不易布线、组网方式不灵活等缺点；采用传统的无线传输模块，存 在延迟时间长且误码率高等缺点，不能完全满足精准农业需求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于Zigbee和3G技术的农田环境无线监测系统，旨 在解决传统传输方式存在抗干扰能力差、不易布线、组网方式不灵活，或者延迟时间长且误 码率高的问题。
[0005] 本发明是这样实现的，一种基于Zigbee和3G技术的农田环境无线监测系统，包 括：
[0006] 米集单兀，由米集节点和路由节点构成，用于通过米集节点实时米集农田环境?目 息数据并向路由节点传送；
[0007] Zigbee无线通信单元，用于选取最优路径后完成数据的Zigbee无线通信网络传 送，并且根据元胞蚁群算法完成对路由节点的优化；
[0008] 嵌入式网关，包括协调器节点、ARM中央处理器、GPRS模块和3G模块，用于通过协 调器节点对Zigbee网络进行组建以及汇集采集信息数据，将汇聚的信息数据通过3G网络 转送至数据接收设备；
[0009] 接收设备，用于将接收到的信息数据进行处理，并发送指令至采集节点进行远程 参数监测。
[0010] 优选地，所述采集节点由传感器结合CC2530构成；其中，所述传感器包括温湿度、 光照强度、土壤温湿度、CO 2浓度以及土壤PH值传感器。
[0011] 优选地，所述Zigbee网络为树状拓扑结构。
[0012] 优选地，所述Zigbee无线通信单元采用改进路由算法，用于通过CACO算法将传感 器的η个采集节点映射成η个元胞，每个元胞节点]^存有其所有相邻节点的剩余能量值、 禁忌表Tabu、节点距离和信息素信息，将M只蚂蚁放在η个元胞节点上，每个蚂蚁通过计算 选择概率在临近范围内对下一个节点rij进行路径选择。
[0013] 优选地，在接收设备中，所述数据进行处理包括数据的分析、处理、存储、显示以及 查询。
[0014] 本发明克服现有技术的不足，提供一种基于Zigbee和3G技术的农田环境无线监 测系统，主要由采集单元、Zigbee无线通信单元、嵌入式网关以及接收设备构成。采集单 元由采集节点和路由节点构成，采集节点由传感器和CC2530构成，主要完成农田信息的采 集，并以CC2530为核心的Zigbee无线通信网络完成对环境数据的发送和传输；嵌入式网关 (ARM网关）集成3G模块，将来自于协调器节点的数据通过3G网络上传至远程接收设备（包 括监控中心或手持设备），接收设备从ARM网关接收信息，完成数据的分析、处理、存储和显 示及查询等功能，并可实现通过上位机发送指令控制传感器节点完成远程参数监测。上位 机系统采用LabvieWOll平台实现，做到监测界面简洁化。本发明具有更好的实时性和准 确性，而且低功耗，将会有更广泛的应用前景。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明基于Zigbee和3G技术的农田环境无线监测系统的结构示意图；
[0016] 图2是本发明传感器节点电路图；
[0017] 图3本发明Zigbee无线通信电路图；
[0018] 图4是S3C2440与3G模块连接示意图；
[0019] 图5是本发明元胞蚁群优化算法流程图；
[0020] 图6是本发明协调器工作流程图。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0022] -种基于Zigbee和3G技术的农田环境无线监测系统，如图1所示，包括：
[0023] 采集单元1，由采集节点以及路由节点构成，用于通过采集节点实时采集农田环境 信息数据并向路由节点传送；
[0024] Zigbee无线通信单元2,用于选取最优路径后完成数据的Zigbee无线通信网络传 送，并且根据元胞蚁群算法完成对路由节点的优化；
[0025] 嵌入式网关3,包括协调器节点、ARM中央处理器、GPRS模块和3G模块，用于通过 协调器节点对Zigbee网络进行组建以及汇集采集信息数据，将汇聚的信息数据通过3G网 络转送至数据接收设备；
[0026] 接收设备4,用于将接收到的信息数据进行处理，并发送指令至采集节点进行远程 参数监测。
[0027] 在本发明中，系统硬件电路主要由CC2530配合传感器构成的无线传感节点、协调 器节点、S3C2440构成的嵌入式网关和3G通信电路构成。农田信息的采集、处理和发送由 无线传感器节点完成；协调器节点又称为汇聚节点，主要完成Zigbee网络的组建和信息的 汇集；系统远程监控的实现是通过3G网络将来自于协调器节点的数据传送到接收设备4。
[0028] 在采集单元1中，采集节点，也就是无线传感节点，完成对农田环境如空气温湿 度、光照强度、土壤湿度、土壤PH值和0) 2浓度等信息采集。传感器的选取直接影响到系统 性能指标，因此，尽可能选取数字化传感器，以降低系统能耗、提高测量精度和范围。
[0029] 在本发明系统中，空气温湿度采用数字化传感器SHT15实现，SHT15自带14位A/ D，采用I2C总线接口传输数据，将CC2530的Pcki和P ^与SHT15的DATA和SCK引脚相连 完成温湿度的采集。对SHT15外配封装保护套，做到防水、防尘处理。光强度检测采用内置 16位模式转换器的环境光传感器BH1750,它能够直接输出数字信号，接口方式是I 2C总线 接口，测量量程和精度可达1~655351x。将BH1750的SCL和SDA与2530的PchJP P ^连 接实现光照强度的检测。土壤湿度传感器采用简易式SEN0114,其表面镀金处理，加强了导 电性和抗腐蚀性，SEN0114仅三个引脚，输出的是模拟电压信号，由于CC