基于Zigbee技術(shù)的土壤無(wú)線溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

許慧燕　高金定　陳外流　楊盼　段波

摘 要： 智能節(jié)水滴灌控制是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。以CC2530型ZigBee芯片為載體，設(shè)計(jì)了可用于土壤滴灌控制系統(tǒng)的無(wú)線溫濕度數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)電路采用DHT11溫濕度傳感器，通過(guò)Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)給協(xié)調(diào)器端。協(xié)調(diào)器端接收到節(jié)點(diǎn)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)包從Zigbee協(xié)議上解析實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)，然后通過(guò)串口以固定的協(xié)議發(fā)送給DGUS串口屏，DGUS串口屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的溫濕度值，實(shí)現(xiàn)了溫濕度上限、下限超標(biāo)報(bào)警及控制等功能。該系統(tǒng)可應(yīng)用于智能節(jié)水滴灌控制系統(tǒng)，對(duì)節(jié)水灌溉具有重要的意義。

關(guān)鍵詞： Zigbee； 串口屏； 溫濕度； 控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273；S275.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2015）04-38-02

Abstract： Intelligent water-saving irrigation controlling is a development direction in precision agriculture. Taking CC2530 chip as the carrier， a wireless temperature and humidity data acquisition and control system of soil drip irrigation is designed. Using DHT11 temperature and humidity sensors in the node circuits， the temperature and humidity data is sent to the coordinator through the Zigbee wireless network. The coordinator receives the node transmission real-time temperature and humidity data over the packet data analysis from the Zigbee protocol， and then sends the data to DGUS serial screen in the fixed protocol through the serial port， DGUS serial screen displays the current value of the temperature and humidity in real time. The system can be applied in intelligent water-saving irrigation controlling， it has an important significance for water saving irrigation.

Key words： Zigbee； serial screen； temperature and humidity； control system

0 引言

溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)在智能家居、工業(yè)控制、現(xiàn)代農(nóng)場(chǎng)、醫(yī)用領(lǐng)域等應(yīng)用非常廣泛[1-2]。傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)都是采用模擬傳感器做信號(hào)采集，這種方式電路復(fù)雜、受環(huán)境影響非常大、成本高、穩(wěn)定性差。而采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器和Zigbee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)溫濕度采集，具有傳輸損耗低（幾乎為零）和傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)只需一個(gè)協(xié)調(diào)器和多個(gè)溫濕度數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，可以通過(guò)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)無(wú)線監(jiān)控，不需要導(dǎo)線相連，成本和穩(wěn)定性得到了較大的提高[3-4]。

本文采用Zigbee技術(shù)和DHT11溫濕度傳感器，設(shè)計(jì)了可應(yīng)用于農(nóng)場(chǎng)智能節(jié)水滴灌控制系統(tǒng)的無(wú)線溫濕度測(cè)量及控制系統(tǒng)，具有重要的實(shí)際意義[5-6]。

1 方案設(shè)計(jì)

采用TI公司的CC2530芯片作為整個(gè)系統(tǒng)的核心芯片，無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)協(xié)議采用TI公司的Z-Stack。整個(gè)系統(tǒng)用兩片CC2530芯片，一片作為節(jié)點(diǎn)模塊對(duì)溫濕度傳感器DHT11、LCD12864和無(wú)線模塊進(jìn)行初始化，并從DHT11上獲取溫濕度數(shù)據(jù)，處理后打包一起通過(guò)無(wú)線傳輸給協(xié)調(diào)器端或者路由端，另一片CC2530作協(xié)調(diào)器端，初始化串口、無(wú)線模塊，并通過(guò)無(wú)線模塊接收終端傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，從中解析得到所需的溫濕度數(shù)據(jù)，再通過(guò)串口發(fā)送個(gè)DUGS串口屏實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定、傳輸數(shù)據(jù)的可靠性非常高，是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 核心硬件電路設(shè)計(jì)

圖1是CC2530電源電路，CC2530的功耗低、電壓范圍廣，對(duì)電源的要求不高，用AMS1117芯片加濾波電容就能滿足。圖1中C1、C2、C3、C4、C5用于濾波，濾除高頻及雜波，使CC2530的電源輸入直流更純凈，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖2為CC2530芯片和外圍電路， C6、C7、C8、C9、C10、C11是電源濾波電容，主要是濾除電源帶進(jìn)了的雜波信號(hào)，提高電源的穩(wěn)定性。

圖3是射頻收發(fā)電路，由L1、L2、L3、C12、C13、C15、C17組成的射頻阻抗匹配電路，目的是提高無(wú)線發(fā)射的效率。通過(guò)匹配電路與天線接頭相接，構(gòu)成了CC2530的射頻發(fā)射、接收電路。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

軟件程序設(shè)計(jì)包括節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器兩個(gè)部分。圖4是節(jié)點(diǎn)軟件程序流程圖，如圖4所示，CC2530上電后首先完成一系列的初始化（初始化IO口、串口、無(wú)線模塊、溫濕度傳感器、無(wú)線匹配連接等），然后開(kāi)始進(jìn)入循環(huán)，不斷地采集DHT11的溫濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換處理后在終端板上的LCD12864上打印溫濕度數(shù)據(jù)并通過(guò)無(wú)線向協(xié)調(diào)器端或者路由端傳輸數(shù)據(jù)。

圖5是協(xié)調(diào)器軟件程序流程圖。如圖5所示，協(xié)調(diào)器也是采用CC2530為處理器，上電同樣初始化IO、串口、無(wú)線，初始化完成后通過(guò)無(wú)線從終端接收傳輸過(guò)來(lái)的溫濕度數(shù)據(jù)，然后通過(guò)CC2530的串口將接收的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)給DGUS串口屏或者PC端上位機(jī)軟件，DGUS屏接收到數(shù)據(jù)通過(guò)處理實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

4 測(cè)試

圖6是硬件實(shí)物圖，主要包括節(jié)點(diǎn)電路、協(xié)調(diào)器電路兩個(gè)部分。圖7是DGUS屏上位機(jī)軟件測(cè)試結(jié)果，把DGUS屏和Zigbee模塊連接好后上電運(yùn)行程序，協(xié)調(diào)器端DGUS屏幕上實(shí)時(shí)顯示溫濕度數(shù)據(jù)，和終端LCD12864上顯示的數(shù)據(jù)一致。用手摸或用嘴吹DHT11模塊做測(cè)試，溫濕度變化時(shí)兩端顯示的數(shù)據(jù)隨之改變。

5 結(jié)論

本文以CC2530芯片為核心，設(shè)計(jì)了基于Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的土壤滴灌控制系統(tǒng)的無(wú)線溫濕度數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，完成了土壤節(jié)點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)采集及DGUS串口屏實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)了溫濕度上限、下限超標(biāo)報(bào)警及控制等功能。該系統(tǒng)對(duì)智能節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要的意義。

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