基于ZigBee的多環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

牛濤++王一涯++陳曙光++王憲菊

摘要 作物生長與環(huán)境溫度、光照強度、CO2、土壤濕度等眾多因素有關(guān)。為了及時掌握設(shè)施農(nóng)業(yè)中各參數(shù)實時值以及隨時間變化的關(guān)系。本文設(shè)計了一種基于ZigBee的多環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各傳感器節(jié)點將采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸給基站，基站對數(shù)據(jù)分析處理后通過串口傳輸給PC機，并以VB編寫的上位機界面將各點環(huán)境參數(shù)按照與時間變化的關(guān)系以曲線的形式顯示出來，通過上位機界面不但可以觀看實時數(shù)據(jù)，還可以查詢歷史數(shù)據(jù)，為農(nóng)作物管理提供了決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ZigBee；環(huán)境參數(shù)；溫度；光照強度；土壤濕度；監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號 TP368.1 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）01-0169-02

Design of Multiple Environment Parameters Monitoring System Based on ZigBee

NIU Tao 1 WANG Yi-ya 2 CHEN Shu-guang 3 WANG Xian-jv 3 *

（1 Fuyang Xinniu Agricultural Technology Co.，Ltd.，F(xiàn)uyang Anhui 236000； 2 Fuyang Chunjiang Agricultural Technology Co.，Ltd.；

3 Fuyang Normal University）

Abstract Crop growth is connected with environmental temperature，light intensity，CO2，soil moisture and many other factors.In this paper，in order to know the real value of the parameters and the variation of parameters with time in the agricultural facilities in time，a multi-channel environmental parameters monitoring system was designed based on ZigBee.In the system，the star network structure was applied，each sensor node collected data through the ZigBee network transmission to the base station.After analyzing and processing，the data was transferred to PC through the serial port，the environmental parameters of various points were displayed as curves according to the relationship with time by VB-programmed upper PC interface.Viaupper PC，not only real-time data could be viewed，but also the historical data could be queried，so as to provide the decision-making basis for crop management.

Key words ZigBee；environmental parameters；temperature；light intensity；soil moisture；monitoring system

在農(nóng)作物生長過程中，溫度、光照強度、CO2、土壤濕度等環(huán)境因素是否適宜是農(nóng)業(yè)管理者首要考慮的問題，也是需要克服的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)管理方式為粗放式管理，依靠人的感知來了解上述環(huán)境參數(shù)無法達到準(zhǔn)確性要求。要實現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，必須獲取準(zhǔn)確的農(nóng)業(yè)信息。

隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)檢測系統(tǒng)中已是未來發(fā)展趨勢，將采集的環(huán)境溫度、光照強度、CO2、土壤濕度等影響農(nóng)作物生長的農(nóng)業(yè)信息進行加工、傳輸和處理，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，并結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律來控制環(huán)境條件，從而使作物能夠達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的產(chǎn)出[1]。

考慮到設(shè)施農(nóng)業(yè)中布線困難，本文采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，在大棚中布置多個傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點負(fù)責(zé)環(huán)境信息的采集及傳輸，基站定時向各節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，傳感器節(jié)點監(jiān)聽到命令后，將采集的數(shù)據(jù)按照一定格式整理成字符串通過ZigBee模塊發(fā)送至基站，基站對接收的數(shù)據(jù)進行分析處理，然后通過串口傳輸給上位機，上位機將各個采集的環(huán)境參數(shù)實時顯示出來[2-3]。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)以STM32F103ZET6單片機為基站下位機，以STC12C5A32S2單片機為傳感器節(jié)點主控芯片，與每個主控芯片連接的有多個測量環(huán)境參數(shù)的傳感器和ZigBee通信模塊，與基站下位機連接的有ZigBee模塊和上位機。各個傳感器節(jié)點通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)與基站通信，基站分時向各個傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，傳感器節(jié)點的主控芯片監(jiān)聽到源地址與之匹配的命令后，將采集的各個環(huán)境參數(shù)按照一定形式轉(zhuǎn)換為字符串，通過ZigBee模塊發(fā)送到基站的ZigBee?；镜闹醒胩幚砥鲗Ω鱾€節(jié)點的數(shù)據(jù)進行分析處理后通過串口傳輸給上位機[4-5]。上位機將數(shù)據(jù)以更加直觀的形式顯示出來，便于農(nóng)業(yè)管理者及時掌握農(nóng)業(yè)信息，為農(nóng)作物精準(zhǔn)管理提供信息支持。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 基站設(shè)計

1.2.1 基站硬件組成?；局饕脕韰R聚各節(jié)點的信息，并需要完成數(shù)據(jù)的計算處理，系統(tǒng)基站選用高性能的為中央處理器STM32F103ZET6負(fù)責(zé)向各個傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，并將接收到的數(shù)據(jù)進行匯總、處理，然后通過串口將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給上位機?；镜挠布M成如圖2所示。

1.2.2 ZigBee匯聚節(jié)點設(shè)計?；镜腪igBee模塊用來匯聚所有傳感器節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)，同時可以向各個傳感器節(jié)點發(fā)送命令，系統(tǒng)選用的ZigBee模塊為CC2530，該模塊體積小、傳輸距離遠、存儲容量大[6-8]。傳輸距離可達1 000 m，模塊的主芯片為CC2530F256。模塊與基站的中央處理器通過串口通信。其電路連接如圖3所示。

1.3 傳感器節(jié)點設(shè)計

傳感器節(jié)點采用STC12C5A32S2單片機為控制器，測量環(huán)境參數(shù)的傳感器分別有溫度傳感器DS18B20、光照傳感器為BH1750FVI、CO2濃度傳感器為MG811和土壤濕度傳感器SM2801B。單片機分時采集各個傳感器的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析、處理和保存，控制器STC12C5A32S2時刻監(jiān)聽基站發(fā)來的數(shù)據(jù)采集命令，收到命令后，將各環(huán)境參數(shù)按照一定格式轉(zhuǎn)換為字符串，發(fā)送到基站的ZigBee模塊[9]。圖4為一個傳感器節(jié)點組成框圖。

1.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用單片機STM32F103ZET6為基站下位機，軟件開發(fā)環(huán)境為IAR，編程語言為C語言，采用模塊化編程思想?；鞠挛粰C程序主要有主程序、傳感器節(jié)點命令發(fā)送程序、傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)接收程序和串口通信程序。程序流程如圖5（a）所示。

傳感器節(jié)點采用單片機STC12C5A32S2，軟件開發(fā)環(huán)境為KEIL，傳感器節(jié)點的程序主要有溫度采集子程序、CO2濃度采集子程序、光照度采集子程序、土壤濕度采集子程序、命令監(jiān)聽子程序和采集數(shù)據(jù)發(fā)送子程序。程序流程如圖5（b）所示。

2 結(jié)語

經(jīng)調(diào)試，系統(tǒng)可完成預(yù)期功能，基站可成功接收到各個傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，并通過串口傳輸給上位機，在上位機界面上可實時觀測各個測量點的環(huán)境參數(shù)變化，為農(nóng)業(yè)管理提供了可靠的信息支持。

3 參考文獻

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