基于ZigBee技術(shù)的無線大棚溫濕監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

彭 玲

（廣東科技學(xué)院 廣東 東莞 523083）

基于ZigBee技術(shù)的無線大棚溫濕監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

彭 玲

（廣東科技學(xué)院 廣東 東莞 523083）

針對大棚溫濕度監(jiān)控的應(yīng)用需求，本系統(tǒng)是一個軟硬件結(jié)合的大棚溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，硬件設(shè)計采用主控芯片CC2530和溫濕度傳感器DHT11相結(jié)合，軟件設(shè)計由DHT11傳感器的數(shù)據(jù)的采集程序、協(xié)調(diào)器的組網(wǎng)程序、串口上位機(jī)程序及Android顯示程序組成，可以通過PC機(jī)和android端實(shí)時查詢當(dāng)前環(huán)境的溫濕度數(shù)值。

CC2530；ZigBee協(xié)議；DHT11；android；溫濕度數(shù)據(jù)

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)被運(yùn)用到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。本文利用ZigBee進(jìn)行無線傳輸，用android手機(jī)對大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，能讓工作人員隨時隨地去了解大棚的情況，以便及時做出應(yīng)對措施。這樣不僅解決了工作人員由于大棚占地面積較大而導(dǎo)致工作量大的問題，又能保證大棚里的農(nóng)作物良好生長[1]。

2.總體設(shè)計

本設(shè)計整個系統(tǒng)主要分為四個部分：數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)傳輸處理，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，Android查詢系統(tǒng)，郵件報警系統(tǒng)。其系統(tǒng)框架圖如圖2.1所示。

圖2.1 系統(tǒng)框架圖

本設(shè)計的系統(tǒng)通過溫濕度傳感器采集大棚內(nèi)當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度，利用ZigBee終端功節(jié)能節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)采集到的數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器點(diǎn)通過串口把數(shù)據(jù)傳遞到上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)當(dāng)前的溫度或者濕度不符合植物的生長環(huán)境，調(diào)用郵件報警系統(tǒng)給指定的郵箱發(fā)送報警信息，此外還可通過Android手機(jī)查詢當(dāng)前的溫度或濕度。

3.硬件設(shè)計

3.1 ZgBee無線傳輸?shù)闹骺匦酒?/p>

本設(shè)計采用的ZigBee無線傳輸?shù)闹骺匦酒荂C2530，CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE 應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案[2]。運(yùn)行時鐘高達(dá)32MHz，內(nèi)部有高達(dá)256KB的FLASH，使得CC2530非常適合ZigBee的應(yīng)用。它既可以處理數(shù)據(jù)，又能把收到的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送出去。

3.2 傳感器的設(shè)計

溫度和濕度是溫室大棚重要的環(huán)境因子，根據(jù)大棚的環(huán)境指標(biāo)和精度的要求，本設(shè)計選擇復(fù)合型傳感器溫濕度傳感器DHT11。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款4針單排引腳封裝的傳感器模塊，能夠同時對溫度和濕度數(shù)值進(jìn)行檢測，而且其精確度能過完全滿足本設(shè)計的精度要求。濕度、溫度測量誤差：+-5％、+-2度。DHT11傳感器主要由一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件組成，DHT11傳感器引腳可以直接與主控芯片的P7口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

4.軟件設(shè)計

4.1 DHT11傳感器的數(shù)據(jù)的采集程序

在本文的數(shù)據(jù)采集程序中，首先對主控芯片CC2530的各個端口的進(jìn)行初始化，然后配置CC2530里自帶的A/D通道，采集各個點(diǎn)的溫度和濕度的模擬信號，最后將這些模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

4.2 協(xié)調(diào)器的組網(wǎng)程序

終端節(jié)點(diǎn)采集當(dāng)前環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，然后通過ZigBee協(xié)議把數(shù)據(jù)發(fā)給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的建立者，同時也是網(wǎng)絡(luò)的管理者和領(lǐng)導(dǎo)者，肩負(fù)著允許和拒絕其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的權(quán)利。

4.3 串口上位機(jī)程序

協(xié)調(diào)器通過串口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)降缴衔粰C(jī)，上位機(jī)把數(shù)據(jù)顯示到程序的界面上。本設(shè)計的上位機(jī)顯示程序是采用MFC來開發(fā)的[3]。如圖4.1所示，上位機(jī)界面左側(cè)為報警信息顯示，服務(wù)器IP地址顯示以及所用端口號顯示；右側(cè)為溫度和濕度的實(shí)時顯示。當(dāng)大棚溫度改變時，溫度顯示和濕度顯示的數(shù)值也會隨之改變，當(dāng)溫度或濕度超過所設(shè)定的上下限值時，在報警信息文本框中會有相應(yīng)的提示信息下顯示。

圖4.1 上位機(jī)顯示界面

圖4.2 android端顯示界面

4.4 android手機(jī)端的程序

用戶還可以通過android手機(jī)軟件進(jìn)行溫濕度的查看[4]。在查詢溫度或濕度前，需要輸入與上位機(jī)程序顯示的相同的服務(wù)IP地址和端口號。點(diǎn)擊連接時會有相應(yīng)的“連接成功”或者“連接失敗”的提示信息。當(dāng)連接成功后，點(diǎn)擊查看溫度，或者查看濕度，就會有相應(yīng)數(shù)據(jù)顯示。其查詢結(jié)果如圖4.2所示。

5.總結(jié)

本設(shè)計將ZigBee技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了一個信息化的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用CC2530作為主控芯片，結(jié)合數(shù)字溫濕度傳感器DHT11，利用ZigBee進(jìn)行無線傳輸，在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)了溫濕度數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示，還可用手機(jī)對當(dāng)前的溫濕度進(jìn)行查詢。

[1]曾衍仁.基于ZigBee的遠(yuǎn)程測控網(wǎng)絡(luò)[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]張京,楊啟良,戈振揚(yáng),齊亞峰,周兵,殷欣. 溫室環(huán)境參數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建與CC2530傳輸特性分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2013,07:139-147.

[3]孔垂柳. VC++中MFC框架技術(shù)探索[J]. 吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報,2009,04:82-84.

[4]黨李成. 基于Google Android智能手機(jī)平臺的研究與應(yīng)用[D].安徽大學(xué),2010.

Based on the technology of ZigBee wireless greenhouse humidity monitoring system design and implementation

PENG Ling. (Guangdong Institute of Science and Technology, Guangdong Province, Dongguan 523083, China)

According to the greenhouse temperature and humidity monitoring application, this system is a combination of greenhouse temperature and humidity monitoring system hardware and software, the hardware design adopts CC2530 master control chip and the combination of temperature and humidity sensor DHT11 software design by DHT11 sensor data acquisition program, the coordinator of the networking program, serial ports, upper machine and Android display program, can through the PC and the Android side real-time query the current environment of temperature and humidity values.

CC2530; ZigBee agreement; DHT11; Android; Temperature and humidity data

X924.3

A

1009-5624-（2016）02-0080-02