耐高溫高濕無線傳感器節(jié)點研發(fā).pdf

1、溫室溫度、濕度、光照強度和水肥成分是影響作物生長的主要因素，實時在線監(jiān)測這些參數對于指導農業(yè)生產、提高作物產量有著重要意義。結合無線網絡技術，搭建無線測控系統(tǒng)是實現自動化監(jiān)測的有效途徑。本文針對夏季長江下游溫室高溫高濕環(huán)境特點，結合栽培環(huán)境和基質多參數檢測要求，設計了通用耐高溫高濕無線傳感器節(jié)點。
　　首先，基于ZigBee無線網絡技術，采用樹形拓撲結構連接傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點，上位機作為管理節(jié)點，構建了適合溫室的無線傳感器網絡，

2、實現栽培環(huán)境溫度、濕度、光照強度以及栽培基質含水量、電導率和溫度值的自動檢測。
　　其次，結合栽培環(huán)境和栽培基質兩種多參數復合式傳感器，以CC2430無線模塊作為處理核心，設計通用的無線傳感器節(jié)點硬件電路和軟件程序。硬件電路包括電源轉換電路、節(jié)點內部溫濕度監(jiān)控電路、通用接口電路，并基于降熱噪聲、輻射噪聲和傳導噪聲方法，對電路板結構、器件布局和布線進行了優(yōu)化;軟件程序根據節(jié)點性質的不同調用不同模塊，實現通用性，通過降低算法復雜度、節(jié)

3、約時間開銷等手段，從提高執(zhí)行效率方面優(yōu)化程序。
　　再次，依據夏季晴天和雨天溫室環(huán)境溫濕度變化特點，設計了無線傳感器節(jié)點外體，提出相變冷卻與自然冷卻結合的組合式的散熱方法和粘土干燥劑與硅膠干燥劑結合的雙重固體吸附的除濕方法。通過吸熱盒空腔內填充的由硬脂酸、月桂酸、石墨粉混合而成的固-液相變吸熱劑吸收熱量，以及殼體外表面涂抹熱反射涂料加快自然散熱速率的方式，達到耐高溫目的，通過吸熱盒與外殼之間的粘±干燥劑和吸熱盒內部的硅膠干燥劑吸附

4、水蒸氣的方式，達到耐高濕目的。根據施羅德原理繪制了硬脂酸和月桂酸的二元體系相圖，以吸熱劑熔點39.6℃，確定硬脂酸與月桂酸摩爾比為0.16∶0.84。對散熱除濕理論計算分析得到:統(tǒng)計計算節(jié)點一天中各時段的受熱量及溫升，在12～18時節(jié)點內部溫度有可能高于吸熱劑熔點，通過吸熱劑作用，節(jié)點內部溫度理論上可保持在50℃以下，達到耐高溫要求;通過計算節(jié)點內部單位時間內水蒸氣擴散量（1.68*10-8g·s-1）和干燥劑可吸濕量(0.4g)，干燥

5、劑理論上可有效工作6700h，能夠達到耐高濕要求。
　　最后，基于COMSOL軟件建立溫室溫濕度變化模型和無線傳感器節(jié)點傳熱傳濕模型，仿真分析無線傳感器節(jié)點內部溫度和濕度變化，得到:節(jié)點內部最高溫度在45℃以下，相對濕度在60.9％以內。節(jié)點耐高溫高濕實際試驗分析得到:在極端條件（環(huán)境溫度有6個小時在40℃以上，其中3個小時達到了60℃）下，節(jié)點內部最高溫度保持在50℃以內，比現有節(jié)點降低了15℃以上;保持環(huán)境相對濕度95％，節(jié)點