طراحی و پیاده‌سازی یک سیستم پایش از راه دور گلخانه مبتنی بر وب و با استفاده از پروتکل Zigbee و شبکه ارتباطی GSM

محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر

عبدالحمید طباطبایی‌فر ¹ (مربی – گروه علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد جهرم)
محمدعلی شفیعیان ² (کارشناس ارشد - دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه شیراز، واحد بین‌الملل)
حامد بنی زمان ³ (دانشجوی دکترا /دانشگاه یزد)
سید علی تراب جهرمی ⁴ (کارشناس - دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد جهرم)

تاریخ دریافت : 1393/01/16 تاریخ پذیرش : 1393/08/17 تاریخ انتشار : 1393/09/10

کلید واژه: دما, گلخانه, شبکه حسگر بی‌سیم, پروتکل ZIGBEE, پایش گلخانه,

چکیده مقاله :

در گلخانه‌های امروزی، اندازه‌گیری پارامترهای مختلف محیطی به منظور پایش، کنترل و خودکار نمودن مناسب گلخانه، امری ضروری است. پایش و ارسال داده‌ها به وسیله سیم می‌تواند به سیستمی گران و با انعطاف‌پذیری کم منجر گردد. از آنجایی‌که شبکه حسگر بی‌سیم یک سیستم توزیع‌شده و متشکل از گره‌های حسگر بی‌سیم با اندازه کوچک مجهز به آنتن رادیویی و یک یا چند حسگر می‌باشد، استفاده از این نوع شبکه‌ها انتخابی ارزان برای ساخت یک سیستم پایش و کنترل می‌باشد. در این مقاله به معرفی و پیاده‌سازی یک سیستم هوشمند مبتنی بر شبکه حسگر بی‌سیم و با استفاده از ماژول‌های Xbee خواهیم پرداخت. در سخت‌افزار سری 2 ماژول Xbee از میکروتراشه‌های Ember Networks استفاده شده است که این امر امکان استفاده از جنبه‌های گوناگون یک شبکه مش مبتنی بر پروتکل Zigbee را فراهم می‌کند. در این سیستم، همه داده‌های جمع‌آوری شده از حسگرها، در قالب بسته‌های GPRS و از طریق شبکه ارتباطی GSM به یک مرکز کنترل دوردست ارسال می‌شوند و در یک نرم‌افزار پایش، قابل مشاهده هستند. سیستم پیشنهادی از توان مصرفی پایین و مدارهای راه‌انداز ساده و ارزان برخوردار است. علاوه بر این، سیستم پیشنهادی قابلیت پشتیبانی از انواع مختلف حسگرهای آنالوگ و دیجیتال را دارا می‌باشد.

چکیده انگلیسی:

In modern and big greenhouses, it is necessary to measure several climate parameters to automate and control the greenhouse properly. Monitoring and transmitting by cable may lead to an expensive and stiff measurement system. Since, Wireless Sensor Network (WSN) is a distributed system that consists of small-size wireless sensor nodes equipped with radio and one or several sensors; it is a low cost option to build the required monitoring system. In this paper, we introduce and implement an intelligent monitoring system based on WSN by using Xbee modules. The Xbee Series 2 hardware uses a microchip from Ember Networks that enables several different flavors of standards-based ZigBee mesh networking. All gathered information by sensors, are sent to a remote center in form of GPRS packets through a GSM network and viewed by monitoring software. The proposed system has low power consumption, low cost and simple driver circuits. Furthermore, it can support various types of digital and analog sensors

منابع و مأخذ:

[1] J.H. Hwang, H. Yoe, "Paprika greenhouse management system for ubiquitous agriculture", Proceeding of the IEEE/ICTC, pp. 555 - 556, 2010.

[2] J.A. Ferre, A. Pawlowski, J.L. Guzm´an, F. Rodr´ıguez, M. Berenguel, "A wireless sensor network for greenhouse climate monitoring", Proceeding of the IEEE/IB2Com, pp. 1-5, 2010.

[3] T. Ahonen, R. Virrankoski, M. Elmusrati, "Greenhouse monitoring with wireless sensor network", Proceeding of the IEEE/ASME, pp. 403-408, 2008.

[4] W. Weihong, C. Shuntian, "Application research on remote intelligent monitoring system of greenhouse based on ZigBee WSN", Proceeding of the IEEE/CISP, pp.1-5, 2009.

[5] S.E. Yoo, J.e. Kim, T. Kim, S. Ahn, J. Sung, D. Kim, "A²S: Automated agriculture system based on WSN", Proceeding of the IEEE/ISCE, pp. 1-5, 2007.

[6] LiliMa, JianweiJi, ChaoxingHe, "The study of greenhouse temperature modeling based on fuzzy neural network", Proceeding of the IEEE/ICEEE, pp. 1-4, Henan, Nov. 2010.

[7] D. Kolokotsa, G. Saridakis, K. Dalamagkidis, S. Dolianitis, I. Kaliakatsos, "Development of an intelligent indoor environment and energy management system for greenhouses", Energy Conversion and Management, Vol. 51, pp. 155–168, Jan. 2010.

[8] N. Bennis, J. Duplaix, G. Enéa, M. Haloua, H. Youlal, "Greenhouse climate modelling and robust control", Computers and Electronics in Agriculture, Vol. 61, pp. 96–107, May 2008.

[9] P.M. Ferreira, E.A. Faria, A.E. Ruano, "Neural network models in greenhouse air temperature prediction", Neurocomputing, Vol. 43, pp. 51-75, March 2002.

[10] R. Linker, I. Seginer, P.O. Gutman, "Optimal CO₂ control in a greenhouse modeled with neural networks”, Computers and Electronics in Agriculture, Vol. 19, pp. 289-310, 1998.

[11] Fathi Fourati, M. Chtourou, "A greenhouse control with feed-forward and recurrent neural networks", Recurrent Neural Networks Simulation Modelling Practice and Theory, Vol. 15, pp. 1016–1028, Sep. 2007.

[12] H.U. Frausto, J.G. Pieters, "Modelling greenhouse temperature using system identifcation by means of neural networks", Neurocomputing, Vol. 56, pp. 423–428, Jan. 2004.

[13] A.E. Ruano, E.M. Crispim, E.Z.E. Conceição, M.M.J.R. Lúcio, "Prediction of building’s temperature using neural networks models", Energy and Buildings, Vol. 38, pp. 682–694, June 2006.

[14] H. Liu, Z. Meng, S. Cui, "A wireless sensor network prototype for environmental monitoring in greenhouses", Proceeding of the IEEE/WICOM, pp. 2344 - 2347, Shanghai, Sep. 2007.

[15] X. Li, Z. Sun, T. Huang, K. Du, Q. Wang, Y. Wang, "Embedded wireless network control system: an application of remote monitoring system for greenhouse environment", Proceeding of the IEEE/IMACS, Beijing, China, pp. 1719 - 1722, Oct. 2006.

[16] A. Rahali, M. Guerbaoui, A. Ed-dahhak, Y.E. Afou, A. Tannouche, A. Lachhab, B. Bouchikhi, "Development of a data acquisition and greenhouse control system based on GSM", International Journal of Engineering, Science and Technology, Vol. 3, pp. 297-306, 2011.

[17] R. Faludi, Building Wireless Sensor Networks, First Edition ed.: O’Reilly Media, 2010.               

[18] K. Sohraby, D.M.T. Znati, Wireless sensor networks: technology, protocols, and applications: John Wiley & Sons, 2007.