基于ZigBee的野外水分监测节点设计

【摘要】本论文以星云测控系统为工程背景,本工程是基CC2530的无线传感网络测控系统。每个测站由一个中心节点和多个终端采集节点组成,可在野外进行长期测量,包括：冻土土壤温度、土壤含水量、桥梁检测、地磁异常测试等,设备采用电池供电,可扩展测控节点数量和类型。通信方式采用簇型无线多跳路由。主节点采用Android系统,具有显示、存储、人机交互、远距离通信、网络通信等功能。本文研究的内容是土壤水分监测节点的软、硬件设计。本采集系统包含了一个中心控制节点和若干个终端监测节点,各节点间使用ZigBee无线方式通信,完成控制命令传输和采集数据传输。本设计中的终端节点以CC2530为核心的无线传感器网络模块进行构建,终端节点主要用于采集土壤水分含量,具有休眠唤醒等低功耗的特点。本文简要地介绍了土壤水分采集的基本原理,系统地分析了几种常用的土壤水分测量方法,通过几种采集原理的比较选择出最常用的采集方法,频域反射法、驻波原理、时域反射法。终端监测节点采用频率型水分传感器CS616与电压型水分传感器SWR3采集土壤水分信息。监测节点可以采集16通道频率型水分信号和16通道电压型水分信号。频率型水分信号通道切换采用继电器开关切换,电压型水分信号通道切换采用模拟开关SGM4782切换,经过通道选择后的两种信号要分别通过不同的信号调理电路,频率信号调理电路主要由RC低通滤波器和电压比较器共同完成,最后使用CC2530内部定时器来捕获频率信号。电压信号调理电路主要由差分放大器与相位跟随器共同完成,最后使用CC2530内部ADC采集电压信号。终端节点不存储采集数据,将采集到的信息通过ZigBee传输到中心控制节点并通过串口传输到PC机或通过蓝牙模块发送到手机中。通过实验,证明本文设计的水分监测节点可准确的采集到土壤含水量,测量误差为0.1%,并能将采集到的信息通过透明传输传到PC机上。
【作者】李京坪；
【导师】雷斌；孙园；
【作者基本信息】西安工业大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】土壤水分监测；CC2530；ZigBee；频率型水分传感器；电压型水分传感器；透明传输；

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