基于無線傳感器的養殖場清掃機器人溫濕度控制

吉武俊+高云

摘要：采用以CC2430芯片為核心的溫濕度檢測系統，將溫濕度傳感器SHT11采集的數據通過無線網關進行匯總，再通過無線網絡進行數據傳輸，發送到上位機中存儲以及分析，由上位機對清掃工作做出相應的調整，從而實現遠程智能控制。

關鍵詞：清掃機器人；無線傳感器；溫濕度傳感器SHT11；溫濕度控制

中圖分類號：S126文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０14）08－1921-03

WSN-based Humituｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆａｒｍ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｒｏｂｏｔ

ＪＩ Ｗｕ－ｊｕｎ，ＧＡＯ Ｙｕｎ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｎａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００４６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｈｉｐ ＣＣ２４３０ ｗａｓ used ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍｉｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｙ ＳＨＴ１１ were ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｖｉａ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｇａｔｅｗａｙ， ｔｒａｎｓｐｏｒｔed ｂｙ ＧＰＲＳ， and ｓｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｆｏｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ． Tｈｅ ｒｏｂｏｔs make ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｌｅａｎ－ｕｐ ｗｏｒｋ， ｅｎａｂｌｉｎｇ ｒｅｍｏｔｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｌｅａｎｉｎｇ ｒｏｂｏｔ； ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ； ｈｕｍｉｔｕｒｅ ＳＨＴ１１； ｈｕｍｉｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ

養殖場在生產過程中會產生高溫、高濕氣體，而這些氣體對人體是有毒、有害的，人體需要避免接觸這些有毒氣體。所以養殖場的無人操作清掃機器人就需要檢測環境中的溫濕度，并把數據準確快速地反饋給管理員，以便實現實時調控。使用無線傳感器傳輸數據，就無須數據采集設備和檢測設備連接在一起，可以避免大量鋪設電纜，清掃機器人在完成清掃工作時就不會存在電纜纏繞等問題，而且無線傳感器可靠性較高，抗干擾能力好，可以有效地降低成本［1］。

1無線傳感器檢測系統的硬件結構

1.1無線傳感器

CC2430芯片是挪威半導體公司Chipcon一款最新能夠在嵌入式上實現無線ZigBee技術的系統。CC2430使用了一個8051系統，其具有PROM以及RAM，還具有數模轉換電路、看門狗定時器以及上電復位電路等。引腳主要有P0、P1、P2，它們分別是8位輸入/輸出端口，均是普通的輸入/輸出端口，同時還具有可編程的輸入/輸出端口［2］。

無線傳感器CC2430使用很少的外圍電路就可以實現信號的接受和發送功能，圖1為CC2430一種典型的應用電路，它可以提供兩個天線的應用電路，不平衡天線以及差動天線。

由圖1可以看出，基本電路多采用電感以及電容構成，降低了成本。電感主要起到低噪聲放大器以及為功率放大器提供直流偏置的作用。無線傳感器CC2430需要XTAL1和XTAL2提供16 MHz的時鐘信號，時鐘信號分別接在引腳XOSC-Q1和XOSC-Q2之間，另外一個時鐘信號接在引腳P2-3和P2-4之間。

1.2溫濕度采集節點

根據養殖場對溫度和濕度要求，選擇了瑞士生產的SHT11傳感器。SHT11傳感器是相對濕度和溫度為一體的測量器，能夠對露點進行精確測量，全量程標定，不需要重新標定就可以互換測量，響應速度超快，SHT11傳感器具有最簡單的系統集成和低廉的價格、尺寸小、高可靠性和穩定性，并能防水，可以長期浸泡在水中，還具有濕度傳感器的自檢測功能。

SHT11的工作溫度為-40.0~+123.8 ℃，測量精度±0.5 ℃；工作濕度范圍在0~100% RH，測量精度±3.0% RH，完全符合養殖場的工作要求。

無線傳感器CC2430和溫濕度傳感器SHT11連接原理圖如圖2所示，其中無線傳感器的輸入輸出口是P1.6與P1.7。溫濕度傳感器SHT11使用I2C接口與處理器進行數據通信，時鐘信號線SCK主要任務是與SHT11通信保持同步，DATA主要任務是進行數據讀取。

1.3溫濕度顯示儀

溫濕度顯示儀主要有按鍵和液晶模塊等部分組成，按鍵部分的原理圖如圖3所示，共有5個按鍵，分別為 S1、S2、S3、S4、S5。為了節省輸入、輸出口，按鍵使用數模方式，每一個按鍵按下后輸出不相同的數模值S1 2.5 V、S2 2.1 V、S3 1.8 V、S4 1.2 V、S5 0 V。

1.4遠程數據傳輸模塊

為了避免養殖場清掃機器人出現電纜纏繞等問題，需要使用無需布線，不受通信距離限制的GPRS通訊模塊，所以選擇了SIM300模塊。它可以進行傳真、短信、數據傳輸等任務，在SIM300模塊中插入SIM卡，在接上天線，就可以使用GPRS無線網絡［3-6］。

1.4.1SIM300模塊供電系統SIM300的供電引腳是由VBAT來完成的，電壓為3.4~4.5 V，SIM300啟動瞬間需要2 A的電流。可以采用電源芯片MIC29302進行供電，它的輸入電壓最大可以達到26 V，輸出電壓還可以調節，最大輸出電流可以達到5 A，基本滿足SIM300供電要求。供電原理圖見圖4，1號引腳是使能端，應接地；2號引腳是輸入電壓端，輸入電壓為5 V；3號引腳接地；4號引腳接輸出；5號腳接電壓調節端，分壓電阻R1和R2，分壓后輸出電壓為4.1 V。

1.4.2SIM300模塊硬件接口SIM300可以接1個有60個引腳的外接插座，這個外接插座包含1個SIM卡插座接口、2個模擬音頻接口、1個鍵盤接口、1個LCD接口以及2個串口接口。圖5為SIM300模塊與CC2430的連接圖。數據在兩個串口之間進行傳輸時，經常會出現數據丟失的問題，或者由于兩臺設備之間的處理速度不相同，接收數據端緩沖區已滿，都會發生數據丟失現象。所以在串口通信上使用流控制，用RTS/CTS做流控制端口，如果緩沖區內的數據量達到高位時，CTS線就為低電平，如果檢測到CTS為低電平時，就停止發送數據，直到檢測出CTS為高電平時。RTS主要任務是檢測接收設備是否做好準備接收數據。

SIM300模塊和SIM卡之間的連接使用六線連接（圖6），其中需要注意引腳SIM-PRESENCE接地。

2無線傳感器軟件的設計

溫濕度采集主程序流程如圖7所示，程序開始需要對系統進行初始化，并對電池進行檢測，將檢測到的溫濕度數據，以無線方式發送，包括節點的號、溫濕度數據以及電池的電壓信息，發送完畢后主控芯片CC2430進入休眠狀態。

3小結與討論

無線溫濕度傳感器基本能夠完成養殖場在無人操作下對溫濕度的監控，避免工作人員在這種環境中受到污染，完成了智能化的發展，但是還有需要改進的地方。

1）引入相對完整的ZigBee技術，實現了相對復雜的一些組網功能，將無線傳感器的優勢發揮到最大。目前該控制系統只能進行檢測，不能進行控制，在后期的工作中應完善這部分，使整個系統更加的完整，實現完整的智能控制。

2）供電部分使用電池，不能滿足復雜的環境，耗電量也較大，應該向新能源方向發展，而且能夠適用于更加復雜的場合，在應用領域方面進行創新，使之在使用上具有普遍性。

參考文獻：

［1］ 吳光榮，章劍雄. 基于ZigBee的高壓開關柜無線溫濕度監測系統［J］. 現代電子技術，2008，31（20）：169-171.

［2］ 劉玉英，史旺旺. 基于 CC2430 溫濕度監測的無線傳感器網絡設計［J］. 微計算機信息，2009，25（10）：130-131.

［3］徐海峰. 基于 Web 技術 GPRS 技術的遠程測控系統設計［J］. 電力自動化設備，2009（7）：134-137.

［4］岳振華. 基于無線傳感器網絡溫濕度檢測系統的研究與開發［D］.長春：吉林大學，2009.

［5］衣翠平.基于無線傳感器網絡的糧庫溫濕度實時監控系統研究［D］.長春：長春理工大學，2012.

［6］ 彭拓.基于TinyOS的無線傳感器網絡環境監測系統的研究與

實現［D］.北京：北京郵電大學，2010.

摘要：采用以CC2430芯片為核心的溫濕度檢測系統，將溫濕度傳感器SHT11采集的數據通過無線網關進行匯總，再通過無線網絡進行數據傳輸，發送到上位機中存儲以及分析，由上位機對清掃工作做出相應的調整，從而實現遠程智能控制。

關鍵詞：清掃機器人；無線傳感器；溫濕度傳感器SHT11；溫濕度控制

中圖分類號：S126文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０14）08－1921-03

WSN-based Humituｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆａｒｍ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｒｏｂｏｔ

ＪＩ Ｗｕ－ｊｕｎ，ＧＡＯ Ｙｕｎ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｎａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００４６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｈｉｐ ＣＣ２４３０ ｗａｓ used ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍｉｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｙ ＳＨＴ１１ were ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｖｉａ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｇａｔｅｗａｙ， ｔｒａｎｓｐｏｒｔed ｂｙ ＧＰＲＳ， and ｓｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｆｏｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ． Tｈｅ ｒｏｂｏｔs make ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｌｅａｎ－ｕｐ ｗｏｒｋ， ｅｎａｂｌｉｎｇ ｒｅｍｏｔｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｌｅａｎｉｎｇ ｒｏｂｏｔ； ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ； ｈｕｍｉｔｕｒｅ ＳＨＴ１１； ｈｕｍｉｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ

養殖場在生產過程中會產生高溫、高濕氣體，而這些氣體對人體是有毒、有害的，人體需要避免接觸這些有毒氣體。所以養殖場的無人操作清掃機器人就需要檢測環境中的溫濕度，并把數據準確快速地反饋給管理員，以便實現實時調控。使用無線傳感器傳輸數據，就無須數據采集設備和檢測設備連接在一起，可以避免大量鋪設電纜，清掃機器人在完成清掃工作時就不會存在電纜纏繞等問題，而且無線傳感器可靠性較高，抗干擾能力好，可以有效地降低成本［1］。

1無線傳感器檢測系統的硬件結構

1.1無線傳感器

CC2430芯片是挪威半導體公司Chipcon一款最新能夠在嵌入式上實現無線ZigBee技術的系統。CC2430使用了一個8051系統，其具有PROM以及RAM，還具有數模轉換電路、看門狗定時器以及上電復位電路等。引腳主要有P0、P1、P2，它們分別是8位輸入/輸出端口，均是普通的輸入/輸出端口，同時還具有可編程的輸入/輸出端口［2］。

無線傳感器CC2430使用很少的外圍電路就可以實現信號的接受和發送功能，圖1為CC2430一種典型的應用電路，它可以提供兩個天線的應用電路，不平衡天線以及差動天線。

由圖1可以看出，基本電路多采用電感以及電容構成，降低了成本。電感主要起到低噪聲放大器以及為功率放大器提供直流偏置的作用。無線傳感器CC2430需要XTAL1和XTAL2提供16 MHz的時鐘信號，時鐘信號分別接在引腳XOSC-Q1和XOSC-Q2之間，另外一個時鐘信號接在引腳P2-3和P2-4之間。

1.2溫濕度采集節點

根據養殖場對溫度和濕度要求，選擇了瑞士生產的SHT11傳感器。SHT11傳感器是相對濕度和溫度為一體的測量器，能夠對露點進行精確測量，全量程標定，不需要重新標定就可以互換測量，響應速度超快，SHT11傳感器具有最簡單的系統集成和低廉的價格、尺寸小、高可靠性和穩定性，并能防水，可以長期浸泡在水中，還具有濕度傳感器的自檢測功能。

SHT11的工作溫度為-40.0~+123.8 ℃，測量精度±0.5 ℃；工作濕度范圍在0~100% RH，測量精度±3.0% RH，完全符合養殖場的工作要求。

無線傳感器CC2430和溫濕度傳感器SHT11連接原理圖如圖2所示，其中無線傳感器的輸入輸出口是P1.6與P1.7。溫濕度傳感器SHT11使用I2C接口與處理器進行數據通信，時鐘信號線SCK主要任務是與SHT11通信保持同步，DATA主要任務是進行數據讀取。

1.3溫濕度顯示儀

溫濕度顯示儀主要有按鍵和液晶模塊等部分組成，按鍵部分的原理圖如圖3所示，共有5個按鍵，分別為 S1、S2、S3、S4、S5。為了節省輸入、輸出口，按鍵使用數模方式，每一個按鍵按下后輸出不相同的數模值S1 2.5 V、S2 2.1 V、S3 1.8 V、S4 1.2 V、S5 0 V。

1.4遠程數據傳輸模塊

為了避免養殖場清掃機器人出現電纜纏繞等問題，需要使用無需布線，不受通信距離限制的GPRS通訊模塊，所以選擇了SIM300模塊。它可以進行傳真、短信、數據傳輸等任務，在SIM300模塊中插入SIM卡，在接上天線，就可以使用GPRS無線網絡［3-6］。

1.4.1SIM300模塊供電系統SIM300的供電引腳是由VBAT來完成的，電壓為3.4~4.5 V，SIM300啟動瞬間需要2 A的電流。可以采用電源芯片MIC29302進行供電，它的輸入電壓最大可以達到26 V，輸出電壓還可以調節，最大輸出電流可以達到5 A，基本滿足SIM300供電要求。供電原理圖見圖4，1號引腳是使能端，應接地；2號引腳是輸入電壓端，輸入電壓為5 V；3號引腳接地；4號引腳接輸出；5號腳接電壓調節端，分壓電阻R1和R2，分壓后輸出電壓為4.1 V。

1.4.2SIM300模塊硬件接口SIM300可以接1個有60個引腳的外接插座，這個外接插座包含1個SIM卡插座接口、2個模擬音頻接口、1個鍵盤接口、1個LCD接口以及2個串口接口。圖5為SIM300模塊與CC2430的連接圖。數據在兩個串口之間進行傳輸時，經常會出現數據丟失的問題，或者由于兩臺設備之間的處理速度不相同，接收數據端緩沖區已滿，都會發生數據丟失現象。所以在串口通信上使用流控制，用RTS/CTS做流控制端口，如果緩沖區內的數據量達到高位時，CTS線就為低電平，如果檢測到CTS為低電平時，就停止發送數據，直到檢測出CTS為高電平時。RTS主要任務是檢測接收設備是否做好準備接收數據。

SIM300模塊和SIM卡之間的連接使用六線連接（圖6），其中需要注意引腳SIM-PRESENCE接地。

2無線傳感器軟件的設計

溫濕度采集主程序流程如圖7所示，程序開始需要對系統進行初始化，并對電池進行檢測，將檢測到的溫濕度數據，以無線方式發送，包括節點的號、溫濕度數據以及電池的電壓信息，發送完畢后主控芯片CC2430進入休眠狀態。

3小結與討論

無線溫濕度傳感器基本能夠完成養殖場在無人操作下對溫濕度的監控，避免工作人員在這種環境中受到污染，完成了智能化的發展，但是還有需要改進的地方。

1）引入相對完整的ZigBee技術，實現了相對復雜的一些組網功能，將無線傳感器的優勢發揮到最大。目前該控制系統只能進行檢測，不能進行控制，在后期的工作中應完善這部分，使整個系統更加的完整，實現完整的智能控制。

2）供電部分使用電池，不能滿足復雜的環境，耗電量也較大，應該向新能源方向發展，而且能夠適用于更加復雜的場合，在應用領域方面進行創新，使之在使用上具有普遍性。

參考文獻：

［1］ 吳光榮，章劍雄. 基于ZigBee的高壓開關柜無線溫濕度監測系統［J］. 現代電子技術，2008，31（20）：169-171.

［2］ 劉玉英，史旺旺. 基于 CC2430 溫濕度監測的無線傳感器網絡設計［J］. 微計算機信息，2009，25（10）：130-131.

［3］徐海峰. 基于 Web 技術 GPRS 技術的遠程測控系統設計［J］. 電力自動化設備，2009（7）：134-137.

［4］岳振華. 基于無線傳感器網絡溫濕度檢測系統的研究與開發［D］.長春：吉林大學，2009.

［5］衣翠平.基于無線傳感器網絡的糧庫溫濕度實時監控系統研究［D］.長春：長春理工大學，2012.

［6］ 彭拓.基于TinyOS的無線傳感器網絡環境監測系統的研究與

實現［D］.北京：北京郵電大學，2010.

摘要：采用以CC2430芯片為核心的溫濕度檢測系統，將溫濕度傳感器SHT11采集的數據通過無線網關進行匯總，再通過無線網絡進行數據傳輸，發送到上位機中存儲以及分析，由上位機對清掃工作做出相應的調整，從而實現遠程智能控制。

關鍵詞：清掃機器人；無線傳感器；溫濕度傳感器SHT11；溫濕度控制

中圖分類號：S126文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０14）08－1921-03

WSN-based Humituｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆａｒｍ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｒｏｂｏｔ

ＪＩ Ｗｕ－ｊｕｎ，ＧＡＯ Ｙｕｎ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｎａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００４６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｈｉｐ ＣＣ２４３０ ｗａｓ used ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍｉｔｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｙ ＳＨＴ１１ were ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｖｉａ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｇａｔｅｗａｙ， ｔｒａｎｓｐｏｒｔed ｂｙ ＧＰＲＳ， and ｓｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｆｏｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ． Tｈｅ ｒｏｂｏｔs make ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｌｅａｎ－ｕｐ ｗｏｒｋ， ｅｎａｂｌｉｎｇ ｒｅｍｏｔｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｌｅａｎｉｎｇ ｒｏｂｏｔ； ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ； ｈｕｍｉｔｕｒｅ ＳＨＴ１１； ｈｕｍｉｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ

養殖場在生產過程中會產生高溫、高濕氣體，而這些氣體對人體是有毒、有害的，人體需要避免接觸這些有毒氣體。所以養殖場的無人操作清掃機器人就需要檢測環境中的溫濕度，并把數據準確快速地反饋給管理員，以便實現實時調控。使用無線傳感器傳輸數據，就無須數據采集設備和檢測設備連接在一起，可以避免大量鋪設電纜，清掃機器人在完成清掃工作時就不會存在電纜纏繞等問題，而且無線傳感器可靠性較高，抗干擾能力好，可以有效地降低成本［1］。

1無線傳感器檢測系統的硬件結構

1.1無線傳感器

CC2430芯片是挪威半導體公司Chipcon一款最新能夠在嵌入式上實現無線ZigBee技術的系統。CC2430使用了一個8051系統，其具有PROM以及RAM，還具有數模轉換電路、看門狗定時器以及上電復位電路等。引腳主要有P0、P1、P2，它們分別是8位輸入/輸出端口，均是普通的輸入/輸出端口，同時還具有可編程的輸入/輸出端口［2］。

無線傳感器CC2430使用很少的外圍電路就可以實現信號的接受和發送功能，圖1為CC2430一種典型的應用電路，它可以提供兩個天線的應用電路，不平衡天線以及差動天線。

由圖1可以看出，基本電路多采用電感以及電容構成，降低了成本。電感主要起到低噪聲放大器以及為功率放大器提供直流偏置的作用。無線傳感器CC2430需要XTAL1和XTAL2提供16 MHz的時鐘信號，時鐘信號分別接在引腳XOSC-Q1和XOSC-Q2之間，另外一個時鐘信號接在引腳P2-3和P2-4之間。

1.2溫濕度采集節點

根據養殖場對溫度和濕度要求，選擇了瑞士生產的SHT11傳感器。SHT11傳感器是相對濕度和溫度為一體的測量器，能夠對露點進行精確測量，全量程標定，不需要重新標定就可以互換測量，響應速度超快，SHT11傳感器具有最簡單的系統集成和低廉的價格、尺寸小、高可靠性和穩定性，并能防水，可以長期浸泡在水中，還具有濕度傳感器的自檢測功能。

SHT11的工作溫度為-40.0~+123.8 ℃，測量精度±0.5 ℃；工作濕度范圍在0~100% RH，測量精度±3.0% RH，完全符合養殖場的工作要求。

無線傳感器CC2430和溫濕度傳感器SHT11連接原理圖如圖2所示，其中無線傳感器的輸入輸出口是P1.6與P1.7。溫濕度傳感器SHT11使用I2C接口與處理器進行數據通信，時鐘信號線SCK主要任務是與SHT11通信保持同步，DATA主要任務是進行數據讀取。

1.3溫濕度顯示儀

溫濕度顯示儀主要有按鍵和液晶模塊等部分組成，按鍵部分的原理圖如圖3所示，共有5個按鍵，分別為 S1、S2、S3、S4、S5。為了節省輸入、輸出口，按鍵使用數模方式，每一個按鍵按下后輸出不相同的數模值S1 2.5 V、S2 2.1 V、S3 1.8 V、S4 1.2 V、S5 0 V。

1.4遠程數據傳輸模塊

為了避免養殖場清掃機器人出現電纜纏繞等問題，需要使用無需布線，不受通信距離限制的GPRS通訊模塊，所以選擇了SIM300模塊。它可以進行傳真、短信、數據傳輸等任務，在SIM300模塊中插入SIM卡，在接上天線，就可以使用GPRS無線網絡［3-6］。

1.4.1SIM300模塊供電系統SIM300的供電引腳是由VBAT來完成的，電壓為3.4~4.5 V，SIM300啟動瞬間需要2 A的電流。可以采用電源芯片MIC29302進行供電，它的輸入電壓最大可以達到26 V，輸出電壓還可以調節，最大輸出電流可以達到5 A，基本滿足SIM300供電要求。供電原理圖見圖4，1號引腳是使能端，應接地；2號引腳是輸入電壓端，輸入電壓為5 V；3號引腳接地；4號引腳接輸出；5號腳接電壓調節端，分壓電阻R1和R2，分壓后輸出電壓為4.1 V。

1.4.2SIM300模塊硬件接口SIM300可以接1個有60個引腳的外接插座，這個外接插座包含1個SIM卡插座接口、2個模擬音頻接口、1個鍵盤接口、1個LCD接口以及2個串口接口。圖5為SIM300模塊與CC2430的連接圖。數據在兩個串口之間進行傳輸時，經常會出現數據丟失的問題，或者由于兩臺設備之間的處理速度不相同，接收數據端緩沖區已滿，都會發生數據丟失現象。所以在串口通信上使用流控制，用RTS/CTS做流控制端口，如果緩沖區內的數據量達到高位時，CTS線就為低電平，如果檢測到CTS為低電平時，就停止發送數據，直到檢測出CTS為高電平時。RTS主要任務是檢測接收設備是否做好準備接收數據。

SIM300模塊和SIM卡之間的連接使用六線連接（圖6），其中需要注意引腳SIM-PRESENCE接地。

2無線傳感器軟件的設計

溫濕度采集主程序流程如圖7所示，程序開始需要對系統進行初始化，并對電池進行檢測，將檢測到的溫濕度數據，以無線方式發送，包括節點的號、溫濕度數據以及電池的電壓信息，發送完畢后主控芯片CC2430進入休眠狀態。

3小結與討論

無線溫濕度傳感器基本能夠完成養殖場在無人操作下對溫濕度的監控，避免工作人員在這種環境中受到污染，完成了智能化的發展，但是還有需要改進的地方。

1）引入相對完整的ZigBee技術，實現了相對復雜的一些組網功能，將無線傳感器的優勢發揮到最大。目前該控制系統只能進行檢測，不能進行控制，在后期的工作中應完善這部分，使整個系統更加的完整，實現完整的智能控制。

2）供電部分使用電池，不能滿足復雜的環境，耗電量也較大，應該向新能源方向發展，而且能夠適用于更加復雜的場合，在應用領域方面進行創新，使之在使用上具有普遍性。

參考文獻：

［1］ 吳光榮，章劍雄. 基于ZigBee的高壓開關柜無線溫濕度監測系統［J］. 現代電子技術，2008，31（20）：169-171.

［2］ 劉玉英，史旺旺. 基于 CC2430 溫濕度監測的無線傳感器網絡設計［J］. 微計算機信息，2009，25（10）：130-131.

［3］徐海峰. 基于 Web 技術 GPRS 技術的遠程測控系統設計［J］. 電力自動化設備，2009（7）：134-137.

［4］岳振華. 基于無線傳感器網絡溫濕度檢測系統的研究與開發［D］.長春：吉林大學，2009.

［5］衣翠平.基于無線傳感器網絡的糧庫溫濕度實時監控系統研究［D］.長春：長春理工大學，2012.

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