引言
    網箱養(yǎng)魚是利用竹,、木,、金屬網片或合成纖維等為網身材料，裝配成一定形狀開放式或密閉式的箱體,，設置在流水中．通過高密度的投餌精養(yǎng)或不給餌而利用水中的浮游生物作為食物達到高產的一種養(yǎng)殖方式,。這種方式具有機動、簡便、產量高及適應水域廣等優(yōu)點,，有著廣闊的發(fā)展前途,。溫度、餌料和水體中的溶氧量等對產量和質量影響非常大,，其中溫度監(jiān)控成為提高養(yǎng)殖密度和產量的關鍵,。
    目前，國內進行水體溫度監(jiān)控一般是使用單片機系統(tǒng),，使用有線方式傳輸監(jiān)測信號．但這種方式存在成本高,、系統(tǒng)較為復雜、監(jiān)測范圍小,、抗干擾性差等缺點。無線傳感器技術是傳感器技術與無線網絡技術的結合,，是一種新興的智能監(jiān)測與控制技術,，由于其具有低成本、體積小,、實時性強,、功耗低、抗干擾性強,、嵌入性好等特點,，廣泛應用在工農業(yè)生產中。在水養(yǎng)殖生產中,，應用無線傳感器網絡技術進行水體溫度等數(shù)據(jù)的采集與傳送．對提高水養(yǎng)殖產量,、降低生產成本、減輕勞動強度具有重要的意義,。本文設計了一種基于Zig-bee技術的無線傳感器網絡節(jié)點,，并運用該節(jié)點組建一個面向水養(yǎng)殖生產中網箱溫度監(jiān)控的無線網絡監(jiān)測與控制系統(tǒng)。

1 Zigbee無線傳感器網絡簡介
    無線傳感器網絡(WSNs,，wireless sensor networks)是一種超大規(guī)模,、無人值守、資源受限的全分布系統(tǒng),。采用多跳對等的通信方式,，其網絡拓撲動態(tài)變化。具有自組織,、自適應等智能屬性,。它融合了傳感器、網絡,、無線通信,、單片機和自動控制等技術。同時，針對不同的應用對象體現(xiàn)了很強的適應性和靈活性,，在工業(yè)控制與監(jiān)測,、農業(yè)生產、物流,、健康和環(huán)境監(jiān)測等方面有著廣泛的應用,。
    Zigbee這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息,，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡,。ZigBee技術是采用。IEEE802.15.4標準的一種短距離的無線通信技術,?？晒ぷ髟?．14 GHz(全球流行)、868 MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上,，分別具有最高至250 kbit／s,、20 kbit／s、40 kbit／s的傳輸速率,，它的傳輸距離在10 m～75 m的范圍內,，但還可以繼續(xù)增加。依據(jù)發(fā)射功率的大小和應用模式而定,，1臺Zigbee設備可以連接多達254個同類的設備,。此外，由于Zigbee具備高鏈接數(shù)與低耗電的特性,，已經成為目前無線傳感器網絡(WSNs)中無線通信技術的首選之一,，可應用在溫度測量、水電煤氣計量數(shù)據(jù)記錄,、保衛(wèi)防護的監(jiān)控等方面,，廠商無需經常更換電池或布建供電網絡，即可方便地取得所需的信息,。

2 無線網箱溫度自動檢測系統(tǒng)的構成
    無線網絡的連接方式有很多種,，最基本的有星狀連接、串狀連接和網狀連接三種連接方式,。因為Zigbee的解決方案支持每個網絡協(xié)調器帶有254．個激活節(jié)點,，多個網絡協(xié)調器可以聯(lián)結大型網絡，所以本設計網絡連接選用串狀連接方式．多個網絡協(xié)調器可以協(xié)同工作,，這一特點保證了新增網箱節(jié)點的靈活加人,，還可以滿足大規(guī)模的要求。該無線網箱溫度自動檢測系統(tǒng)總體架構如圖l所示,，該系統(tǒng)由中心控制單元和網箱溫度監(jiān)控終端組成,。

3 無線網箱溫度自動檢測系統(tǒng)的設計
    下面詳細介紹中心控制單元和網箱溫度監(jiān)控終端的功能和設計,。
3．1 中心控制單元
    管理人員可在中心控制單元通過控制面板或鍵盤設定正常溫度范圍，如果某網箱溫度超過設定范圍則中心控制單元通過聲光等方式報警,；管理人員還可根據(jù)漁場實際情況增添或減少監(jiān)控網箱節(jié)點數(shù)目,，同樣通過控制面板或鍵盤進行操作；可對歷史數(shù)據(jù)進行記錄,，并可根據(jù)不同組合條件進行查詢,，并生成報表(與電腦連通后可用)。
    中心控制單元包括MCU與Zigbee射頻模塊,、聲光報警模塊,、鍵盤顯示模塊和電源模塊。主要模塊說明如下：
    MCU與Zigbee射頻模塊采用CC2430芯片．CC2430芯片采用o.18μm CMOS工藝生產,；在接收和發(fā)射模式下．電流損耗分別低于27 mA或25 mA,。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用,。Zigbee協(xié)議通過軟件程序固化在CC2430的內存中,。CC2430芯片的主要特點如下：

引言
    網箱養(yǎng)魚是利用竹、木,、金屬網片或合成纖維等為網身材料，裝配成一定形狀開放式或密閉式的箱體,，設置在流水中．通過高密度的投餌精養(yǎng)或不給餌而利用水中的浮游生物作為食物達到高產的一種養(yǎng)殖方式,。這種方式具有機動、簡便,、產量高及適應水域廣等優(yōu)點,，有著廣闊的發(fā)展前途。溫度,、餌料和水體中的溶氧量等對產量和質量影響非常大,，其中溫度監(jiān)控成為提高養(yǎng)殖密度和產量的關鍵。
    目前,，國內進行水體溫度監(jiān)控一般是使用單片機系統(tǒng),，使用有線方式傳輸監(jiān)測信號．但這種方式存在成本高、系統(tǒng)較為復雜,、監(jiān)測范圍小,、抗干擾性差等缺點。無線傳感器技術是傳感器技術與無線網絡技術的結合,，是一種新興的智能監(jiān)測與控制技術,，由于其具有低成本、體積小,、實時性強,、功耗低、抗干擾性強、嵌入性好等特點,，廣泛應用在工農業(yè)生產中,。在水養(yǎng)殖生產中，應用無線傳感器網絡技術進行水體溫度等數(shù)據(jù)的采集與傳送．對提高水養(yǎng)殖產量,、降低生產成本,、減輕勞動強度具有重要的意義。本文設計了一種基于Zig-bee技術的無線傳感器網絡節(jié)點,，并運用該節(jié)點組建一個面向水養(yǎng)殖生產中網箱溫度監(jiān)控的無線網絡監(jiān)測與控制系統(tǒng),。

1 Zigbee無線傳感器網絡簡介
    無線傳感器網絡(WSNs，wireless sensor networks)是一種超大規(guī)模,、無人值守,、資源受限的全分布系統(tǒng)。采用多跳對等的通信方式,，其網絡拓撲動態(tài)變化,。具有自組織、自適應等智能屬性,。它融合了傳感器,、網絡、無線通信,、單片機和自動控制等技術,。同時，針對不同的應用對象體現(xiàn)了很強的適應性和靈活性,，在工業(yè)控制與監(jiān)測,、農業(yè)生產、物流,、健康和環(huán)境監(jiān)測等方面有著廣泛的應用,。
    Zigbee這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息,，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡,。ZigBee技術是采用。IEEE802.15.4標準的一種短距離的無線通信技術,?？晒ぷ髟?．14 GHz(全球流行)、868 MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上,，分別具有最高至250 kbit／s,、20 kbit／s、40 kbit／s的傳輸速率,，它的傳輸距離在10 m～75 m的范圍內,，但還可以繼續(xù)增加,。依據(jù)發(fā)射功率的大小和應用模式而定，1臺Zigbee設備可以連接多達254個同類的設備,。此外,，由于Zigbee具備高鏈接數(shù)與低耗電的特性，已經成為目前無線傳感器網絡(WSNs)中無線通信技術的首選之一,，可應用在溫度測量,、水電煤氣計量數(shù)據(jù)記錄、保衛(wèi)防護的監(jiān)控等方面,，廠商無需經常更換電池或布建供電網絡,，即可方便地取得所需的信息。

2 無線網箱溫度自動檢測系統(tǒng)的構成
    無線網絡的連接方式有很多種,，最基本的有星狀連接,、串狀連接和網狀連接三種連接方式。因為Zigbee的解決方案支持每個網絡協(xié)調器帶有254．個激活節(jié)點,，多個網絡協(xié)調器可以聯(lián)結大型網絡,，所以本設計網絡連接選用串狀連接方式．多個網絡協(xié)調器可以協(xié)同工作，這一特點保證了新增網箱節(jié)點的靈活加人,，還可以滿足大規(guī)模的要求,。該無線網箱溫度自動檢測系統(tǒng)總體架構如圖l所示，該系統(tǒng)由中心控制單元和網箱溫度監(jiān)控終端組成,。

3 無線網箱溫度自動檢測系統(tǒng)的設計
    下面詳細介紹中心控制單元和網箱溫度監(jiān)控終端的功能和設計,。
3．1 中心控制單元
    管理人員可在中心控制單元通過控制面板或鍵盤設定正常溫度范圍，如果某網箱溫度超過設定范圍則中心控制單元通過聲光等方式報警,；管理人員還可根據(jù)漁場實際情況增添或減少監(jiān)控網箱節(jié)點數(shù)目，同樣通過控制面板或鍵盤進行操作,；可對歷史數(shù)據(jù)進行記錄,，并可根據(jù)不同組合條件進行查詢，并生成報表(與電腦連通后可用),。
    中心控制單元包括MCU與Zigbee射頻模塊,、聲光報警模塊、鍵盤顯示模塊和電源模塊,。主要模塊說明如下：
    MCU與Zigbee射頻模塊采用CC2430芯片．CC2430芯片采用o.18μm CMOS工藝生產,；在接收和發(fā)射模式下．電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性,，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用,。Zigbee協(xié)議通過軟件程序固化在CC2430的內存中。CC2430芯片的主要特點如下：

    ◆高性能和低功耗的8051微控制器核,。
    ◆集成符合IEEE802．15．4標準的2．4 GHz的RF無線電收發(fā)機,。
    ◆優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性,。
    ◆在休眠模式時僅0．9μA的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng),；在待機模式時少于0．6μA的流耗．外部的中斷能喚醒系統(tǒng),。
    ◆硬件支持CSMA／CA功能。
    ◆較寬的電壓范圍(2．0 V～3．6 V),。
    ◆數(shù)字化的RSSI／LQl支持和強大的DMA功能,。
    ◆具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。
    ◆集成了14位模數(shù)轉換的ADC,。
    ◆集成AES安全協(xié)處理器,。
    ◆帶有2個強大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個符合IEEE 802．15．4規(guī)范的MAC計時器,，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器,。
    ◆強大和靈活的開發(fā)工具。

    聲光報警模塊通過喇叭和警燈實現(xiàn),，在發(fā)生異常情況下,如溫度超標等,進行高響度,、高亮度的聲光提醒，引起管理人員的警醒,。
    鍵盤及顯示模塊控制鍵盤采用數(shù)字控制面板,，由數(shù)字鍵O～9及確定和取消鍵組成，顯示模塊采用可以顯示兩行字符的LCD,，每行可以顯示14個字符,。
3．2 網箱溫度監(jiān)控終端
    網箱溫度監(jiān)控終端最重要的功能是溫度監(jiān)控，并能及時將監(jiān)控數(shù)據(jù)信息發(fā)送到中心控制單元,；為了保證網箱溫度監(jiān)控終端的正常工作,，還需具有節(jié)點低電壓報警功能，即當監(jiān)控終端電壓低于正常的工作電壓時,，則向中心控制單元發(fā)出請求更換電池的信號,；以及顯示功能。
    網箱溫度監(jiān)控終端包括MCU與Zigbee射頻模塊,、溫度傳感器,、鍵盤顯示模塊和電源模塊。主要模塊說明如下：
    MCU與Zigbee射頻模塊與中心控制單元中的一樣,，采用CC2430芯片,。
    溫度傳感器采用意法半導體的STTS75系列數(shù)字溫度傳感器芯片，采用標準的8引線TSSOP和SO-8封裝,，適用于設備控制應用領域,，此系列產品采用一個帶隙式溫度傳感器，內置一個可編程的9位到12位的sigma-delta模數(shù)轉換器(ADC),，能夠把模擬的溫度讀數(shù)信號轉換成數(shù)字信號,，分辨率高達0．0625攝氏度,。STTS75是在出廠前校準的，無需其它外部組件,。在負55攝氏度到正125攝氏度范圍內,，傳感器測量精度上下浮動3攝氏度；在負25攝氏度到正100攝氏度范圍內．傳感器感應精度上下浮動2攝氏度,。此系列傳感器是為2．7 V～5．5 V低電源電壓設計的,，工作電流消耗很低．在3．3 V電壓下典型工作電流僅為75μA。在省電的關斷模式下,，待機電流非常低,，最大值僅為1μA。上電默認設置使該系列產品能夠作為一個恒溫器獨立工作．溫度數(shù)值和溫度調節(jié)滯后值都可以編程,。價格在0．7美元左右,。控制鍵盤采用數(shù)字控制面板．由數(shù)字鍵0～9及確定和取消鍵組成,，顯示模塊可采用數(shù)碼管顯示,，因為很少用到，所以只有必要時才打開開關觀察當前溫度值,。

4 結束語
    無線傳感器網絡作為近年來一門新興技術．在工農業(yè)生產領域中得到了廣泛的應用,。基于Zigbee的無線傳感器網絡由于其成本低,、實時性好,、嵌入性強，在養(yǎng)殖業(yè)生產監(jiān)控中具有良好的應用前景,。本文所設計的基于Zigbee的無線網箱溫度自動檢測系統(tǒng)．減少了現(xiàn)場布線帶來的各種問題,，對網箱節(jié)點的管理也更加方便，具有低成本．運行可靠．適用面積廣等特點,，為實現(xiàn)大規(guī)模水產養(yǎng)殖中網箱監(jiān)控的信息化自動化,，提高養(yǎng)殖產量和質量、降低生產成本,、減輕勞動強度具有很高的實際應用價值。