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據的采集與傳送．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、水電煤氣計量數據記錄、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；管理人員還可根據漁場實際情況增添或減少監(jiān)控網箱節(jié)點數目，同樣通過控制面板或鍵盤進行操作；可對歷史數據進行記錄，并可根據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字控制面板，由數字鍵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)控數據信息發(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模數轉換器(ADC)，能夠把模擬的溫度讀數信號轉換成數字信號，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．溫度數值和溫度調節(jié)滯后值都可以編程。價格在0．7美元左右?？刂奇I盤采用數字控制面板．由數字鍵0～9及確定和取消鍵組成，顯示模塊可采用數碼管顯示，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?；赯igbee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。