2.3.2终端设备方案选择
我们总结一下土壤墒情监测的方法如下： ① 负压计土壤湿度监测系统
负压计，又称张力计，以测量土壤负压(张力)来显示土壤水分状况。负压计瓷头埋设于土壤中某一高程后，负压计内部的水分通过瓷头上的微孔同土壤水分进行交换，使内外水势渐趋平衡，仪器上所指示的负压值即代表土壤水势，可以直接反映土壤水分能为植物吸收利用的程度，同时又可换算为土壤含水率。负压计结构简单，易于制造，因此使用较为广泛。但是负压计易受环境温度的影响，仪器稳定性较差。此外，负压计具有滞后性，往往不能及时反映土壤水分状况，在土壤干燥过程中尤为显著。
② 中子土壤湿度计
中子土壤湿度计以测量快中子与土壤水分中氢原子碰撞而转化为慢中子的数量来感知土壤水分状况。土孔上下移动即可测定不同高程点的土壤含水量。目前主要采用手工方法测量，也可以改造为自动化或半自动化监测仪，从田间监测室监测，以防止或减少中子对人体的辐射。
③ γ透射仪
γ透射仪利用γ射线透射土壤后的衰减程度来测定土壤水分状况。此种装臵在实验室内应用效果较好，可进行土壤水分自动化和半自动化监测。
④ 时域反射仪
时域反射仪(TDR仪)，利用时域反射原理定点测量某一土层内的土壤水分情况。此仪器有较好的测量效果，是目前较先进的土壤湿度仪，便于实现自动化监测，但价格较为昂贵。
⑤ 电阻电容式土壤湿度监测系统
电阻电容式土壤湿度监测系统包括电阻式土壤湿度监测系统和电容
式土壤湿度监测系统，它们分别以电阻式土壤湿度传感器和电容式土壤湿度传感器为基础。
电阻式土壤湿度传感器，用装有电极的感湿材料做成传感器的感湿元件(探头)，感湿材料常为石膏、陶瓷、尼龙丝绕块等。将感湿元件埋设在土壤中某一定点上，使其同土壤保持紧密接触，以便感湿元件的水分与土壤水分达到平衡，由于感湿元件的电阻值与其含水量具有一定关系，测量感湿元件的电阻值可以得到感湿元件的湿度，从而间接求得土壤湿度。感湿元件在同土壤进行水分交换的同时，也常具有溶质交换，特别是由于元件埋设时间较长以后，元件中常有溶质积累，从而影响到水分测定的精度。此外，由于感湿元件具有一定的滞后作用，往往不能及时反映土壤水分现状。
电容法测定土壤湿度是根据土壤介电常数随土壤湿度变化的原理来进行的。它同电阻法相比，受土壤盐分的影响较小。
考虑上述多种湿度采集方法的优势，我们决定采用时域反射仪，它设计灵活、便于自动控制，更符合设计要求。
在对湿度传感器的应用方面我们考虑了以下两种方案：
方案一：使用12V、电源供电的传感器，得到的模拟信号为0~12V，而我们的控制单元CC2430电压范围是2~3.3V这样在模拟与数字信号转换方面就产生了困难要么使用信号压缩的方法将其转换为3.3V的模拟信号后再进行AD转换，但是这样将会导致数据误差大。如果先进行AD转换再进行数字信号的电压转换，这样又增加了设计的复杂性。本身传感器的12V电压也不利于功耗降低，对整体的网络设计不利。
方案二：使用一种低电压的土壤湿度传感器自身工作电压为5V，输出数据为标准的传感器数据：4~20mA电流。在AD转换方面，我们采用美信公司生产的MAX1301A芯片，它能完好的将电流转换为数字信号，并
且可以直接和+2.7V~+5.25V设备相连接，这样与CC2430就可以方便的结合，再加上MAX1301A具有完全关闭模式，这样就可以配合CC2430的休眠模式实现网络与终端的同时休眠模式，可以将功耗降至最低。
方案二的优势使我们觉得设计变得方便，无疑的采用了这个方案。
2.4 硬件设计与物理实现
本部分将不重点介绍ZigBee网络建设方法，只简单介绍ZigBee标准及特点。着重介绍终端设备的硬件解决方案与原理。 2.4.1 网络建设——ZigBee无线传输技术介绍
ZigBee与IEEE 802.15.4
ZigBee是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的、有关组网、安全和应用软件方面的技术， IEEE 802.15.4仅处理MAC层和物理层协议，ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化[3]。
ZigBee是由ZigBee Alliance所主导的标准，定义了网络层（Network Layer）、安全层（Security Layer）、应用层（Application Layer）、以及各种应用产品的资料（Profile）；而由国际电子电机工程协会（IEEE）所制订的802.15.4标准，则是定义了物理层（PHY Layer）及媒体存取层（Media Access Control Layer；MAC Layer）。 ZigBee协议
ZigBee标准提供了网络、安全和应用支持服务，这些服务工作在IEEE 802.15.4媒体存取控制(MAC)和物理层(PHY)无线标准之上。它采用了一整套技术来实现可扩展、自组织、自恢复的网络，这种网络可以管理各种各样的数据传输模式(如图2-3所示)。[4]
尽管ZigBee常常被默认为无线网格网络，但该标准实际上支持多
种网络拓扑，包括星型、簇树型(cluster tree)或星网格混合型网络(如图2-4所示) ZigBee技术优势
① 数据传输速率低：10KB秒~250KB 秒，专注于低传输应用 ② 功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6~24个
月
③ 成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成
本
④ 网络容量大：网络可容纳65,000个设备
⑤ 时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活
动设备信道接入时延为15ms。 ⑥ 网络的自组织、自愈能力强，通信可靠
⑦ 数据安全： ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用
AES-128加密算法（美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一）,各个应用可灵
⑧ 工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz
（美国），均为免执照（免费）的频段 ZigBee通信可靠性保证 ① 物理层RF 通信链接 直序扩频采用高处理增益 明晰的信道检测 对干扰能量进行检测
采用跳频技术Frequency agility ② 协议
基于CRC的误码检测校正
采取了避免冲突的策略CSMACA
为固定带宽的通信业务预留了专用的有保证的时隙
发送的数据包都有待于接受方的确认，如出现问题进行重发 保持数据包的及时传输Packet data freshness ③ 通信可靠机制
zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；明晰的信道检测
MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。
④ 网络的自组织、自愈能力强
zigbee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；
zigbee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位臵发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。
在低信噪比的环境下ZigBee具有很强的抗干扰性能 ZigBee物理信道 如图如图2-5所示
图2-5 ZigBee物理信道示意图
Fig.-5 Physical channel sketch map of ZigBee
2.4.2 终端设备硬件实现方法 2.4.2.1 主控芯片CC2430与无线收发
CC2430主要特征外设[5]：CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架