一种智能温室大棚监控系统的设计

来源:用户上传      作者:乔占通　赵娟

　　摘  要：随着物联网技术的发展，智能温室大棚的应用越来越普遍。主要是利用无线通信技术、无线识别技术和智能处理技术实现对植物生长环境的全面感知、可靠传输和智能处理。该文所设计的基于ZigBee技术的智能温室大棚监控系统能够对棚内植被进行温湿度、营养成分和光照强度等参数进行有效监控，再通过ZigBee技术奖数据汇聚到协调器，协调器将数据传给控制中心，从而实现自动施肥、自动浇水、自动除湿等功能。
　　关键词：智能温室大棚  ZigBee技术  温湿度监控
　　中图分类号：S625.3    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）02（c）-0026-02
　　植物生长与阳光、水分和营养有着密切关系，合适的环境能够大幅度提高植物生长周期和产量。智能大棚无疑是可以实现这种环境的，主要通过短距离传输协议ZigBee的组网、温湿度采集和上位机程序设计，及时对大棚内环境进行相应调整达到最佳状态，实现经济、可靠、高效的温湿度监控，为解决大棚温湿度监控系统设计提供参考方案。
　　1  系统整体方案
　　该设计采用传感器感知环境，ZigBee协议传输数据，单片机作为控制中心，根据农作物需求设置报警装置，从而实现智能化处理。系统主要包含温度采集模块、数据汇聚和传输模块、实时监控模块几个部分，首先通过各个节点对温湿度进行数据采集，然后汇聚控制中心，控制中心接收到数据后和设定的阈值进行比较，如果超出设定范围则报警，并找出解决方案，再通过控制中心传给各个端口采取相应的解决措施。如果数据正常再通过控制中心汇聚到路由器，并进行相应传输，再通过协调器串口把数据传送到电脑终端。
　　利用ZigBee的自组网和多网络节点功能特点，智能大棚在扩展时很容易实现温湿度的监控问题。该设计采用CC2530芯片作为智能大棚的温湿度监控系统的控制核心，DHT11芯片进行温湿度传感器进行采集数据，通过上位机把采集的数据实时地显示并保存，再通过协调器节点进行数据汇聚并通过上位机进行处理后传输给用户终端。该设计要求数据传输距离有障碍时在10～100m范围内、无障碍时在200m以上;温湿度传感器的误差范围小于等于1℃;数据存储时间以7d为周期进行;报警通过外接音响设备进行。
　　2  系统硬件设计
　　系统硬件设计主要包括CC2530控制电路、传感器数据采集电路、数据传输电路、显示电路、电源电路几个部分。系统整体硬件电路如图1所示。内部电源是3.3V，外部电源是5V，故需一个电源转换模块，实现5V到3.3V的转换。温湿度采集电路采用温度和湿度复合的数字信号输出传感器DHT11和ZigBee模块组成。数据传输电路采用CC2530芯片来完成，是一种集成51单片机内核的开发板。数据接口通信电路采用CH340G芯片构成USB串口通信进行传输，外部电路与一个晶振和几个电容电阻。
　　智能温室大棚监控系统主要是进行温湿度检测、网络安全传输和智能监控。首先传感器进行温湿度数据采集，然后经过控制单片机处理后由天线发射出去，发射的数据经过ZigBee无线传输汇聚到协调器上，协调器通过串口与电脑进行通信。其中传感器节点是ZigBee网络终端节点，它可以根据用户需要随意增减。系统的硬件设计部分包括数据采集和数据传输两个部分的设计。数据采集部分的工作是用DH11传感器采集大棚温湿度值，然后送到CC2530单片机的发送缓冲区。数据传输部分由多个CC2530模块，各模块把数据从发生缓冲区中经天线发生出来，延着距离最短的路径把数据传输到协调器。协调器汇聚各节点的数据后经串口上传到电脑，监控软件收到协调器上传的数据后实时显示出来。
　　3  系统软件设计
　　系统软件设计主要包括系统结构及流程图设计。系统结构包括接入和接出两个过程。先给协调器上电，建立ZigBee网络并进行相应的身份认证，再进行空闲通道扫描，使用没有其他网络使用的空闲通道，并提供身份认真信息，确认后即可接入网络。同时指定Cluster-Tree的拓扑参数，包括最大节点数、的幻术层数、路由表生命周期和路由算法。任何一个节点接入网络后，可从其父节点上查自己的物理地址、ZigBee网络地址和协调器指定的拓扑参数。同理，节点接出网络时，只需向其父节点提出请求，节点成功地接收子节点或者子节点成功地从网络中断开时，都须向协调器汇报。因此，协调器可以随时掌握网络的所有节点信息，维护网络信息库PIB。
　　网络组建过程主要包括网络初始化、主节点网络配置、从节点入网3个过程。上位机软件设计采用Visual Basic语言进行，主要完成对每个节点信息的汇总与显示。采集到的数据通过串口读入，并创建Excel文件用来保存数据，同时数据可以实时地显示在文本框中。为了起提醒作用还设计了报警功能，在每个节点温湿度值后可以根据用户需要设计相应的报警范围。
　　4  结语
　　该设计采用基于ZigBee的智能温湿度监控系统，解决了传统大棚数据采集繁琐、维护不便、传输不可靠等不利因素，经过测试其性能良好，能够在语言环境中正常实现程序的运行，硬件显示也正常，实现了数据的正常采集、传输和控制，系统运行稳定，实时性和温湿度准确性达实际应用要求。
　　参考文献
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