基于SimpliciTI的温室无线传感器网络节点及其通信技术的研究与实现

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:loverzhouweia
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为了提供适宜作物生长的最佳环境,进而有效增加作物产量、改善作物品质以及提高经济效益,采用现代控制技术和微电子技术是智能温室的发展趋势。目前,温室信息监测与控制系统主要采用的是现场总线等有线通信方式,这种通信方式存在着线路老化、布线复杂、系统部署困难、维护工作量大等问题。因此,将无线传感器网络技术引入温室监控系统中,实现温室监控的网络化和无线化,对于提高温室生产水平具有重要意义。本文对比了常用的几种短距离通信技术基础上,选用了具有低成本、低功耗、使用灵活、开发周期短等优点的SimpliciTI。将SimpliciTI网络协议分别移植到系统中的MSP430和STM32硬件平台,实现系统中节点无线自组网、无线数据传输。网关节点在SimpliciTI网络协议的基础上,采用了RT_Thread实时操作系统,使用操作系统自带的TCP/IP协议栈LwIP实现以太网通信,从而完成了无线传感器网络和外部网络的连接以及协议转换。研发了基于SimpliciTI网络协议的温室无线传感器网络监控系统,系统节点采用MCU加射频芯片的硬件架构设计,根据模块化设计思想,设计了所有节点都适用的无线通信模块。根据温室环境特点,完成光照、温湿度、二氧化碳四种传感器的选型以及模块化设计,将系统中节点分为传感器节点、控制节点、图像节点、中继节点和网关节点,设计了传感器节点的电源控制电路,实现当节点休眠时,切断传感器模块电源,从而降低了节点功耗:扩展了图像节点外部存储空间,进而实现节点的JPEG压缩功能。网关节点与图像节点的微控制器两者相互兼容,并在网关节点上外接ENC28J60以太网控制器,实现了网关节点的外部网络接入功能。测试结果表明,图像节点具有很高的图像压缩性能,压缩比高达8.5:1,且图像效果与原始图像几乎无差异。传感器节点在温室现场进行了部署,引入了中继节点组成串状拓扑网络,能够实时采集温室温度、湿度、光照、二氧化碳环境参数,并将数据无线发送到网关节点,再由网关节点汇聚传送给本地控制中心,系统运行稳定、可靠,满足了温室监控的设计要求。为温室的网络化和无线化的实现提供了一种新的解决方案。
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