基于ZigBee技術的溫室無線智能控制終端開發

胡光夏

【關鍵詞】ZigBee技術 溫室無線智能控制終端 硬件 軟件

我國是農業大國，農業技術的發展與我們日常衣食息息相關，溫室是農業現代技術發展的產物，通過溫室可以保證農作物在最適宜的環境下生長，從而提高產量，而農業自動化是溫室發展的核心元素。無線傳感器是發展迅速的一種信息技術，它通過設置在各個區域的微型傳感器監測來實現一個自組織的網絡系統，是目前運用最為廣泛的一種無線傳感網絡技術，它具有低成本、低能耗、近距離和可靠性高等眾多優點，因此本文將對ZigBee技術在溫室無線智能控制終端的開發進行探討。

1 系統硬件

為了控制溫室環境因素（主要包括光照、葉片溫度、土壤溫度、土壤水分和莖桿生長等），本系統通過數據采集和實時控制的硬件實現溫室環境因素的控制，具體包括以下幾個方面：

1.1 中心控制模塊

本系統的中心控制模塊是JN5139，該模塊是低成本、低功耗的無線微型控制器，主要由32位精簡指令集處理器和2.4GHz頻段無線收發器組成，該模塊還具有豐富的外部擴展接口，并能夠通過電池長期供電。

1.2 傳感器模塊

為了實現對溫室中環境因素的感應，該系統采用了光照傳感器、葉片溫度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器和莖桿生長傳感器，通過傳感器采集環境因素信息，之后由A/D轉換為標準電壓，最后通過ZigBee控制器對數據進行分析處理。

1.3 語音發音模塊

為了實現智能化和自動化，該系統增加了語音發音模塊，通過真人發聲系統，對溫室中超出正常范圍的環境因素進行語音提醒，從而使得用戶能夠及時調控。該系統主要采用PM60系列芯片進行控制，該芯片可分為8段語音錄放，大大提高了系統的工作效率。

2 系統軟件

系統軟件采用的是SDK軟件平臺，主要包括協調器程序設計和終端節點程序設計。

2.1 協調器運行流程

作為整個ZigBee系統的管理員，協調器運行流程主要包括一下幾個方面：首先對系統進行初始化操作，主要包括硬件外設和ZigBee協議棧的初始化，之后通過選擇合適的信道來進行信道查詢，設置網絡終端節點，最后通過網絡終端節點來發送傳感器數據，并將這些數據儲存到Flash中或傳送到計算機中。

2.2 終端節點應用程序設計

該系統中終端節點主要作用是將采集到的光合有效輻射、土壤溫度、土壤水分、葉面溫度和莖桿生長變化傳送至協調節點，具體在節點上電后，先通過初始化操作對硬件外設和ZigBee協議棧進行初始化，接著通過信道查詢來加入合適的網絡，然后將請求加入傳到該網絡的協調節點，在得到允許之后加入網路，通過網絡得到傳感器讀取數據，并將數據傳至協調器，完成整個過程之后系統會進入休眠狀態，等待下一次的命令。

2.3 上位機軟件界面

該系統通常通過將協調器作為獨立的控制器在液晶屏幕上顯示采集到的環境因素數據，同時該系統還可以通過串口和上位機相互連接，串行通訊口是這個過程的關鍵因素，他可以把傳感器采集到的各種信息發送至上位機，并通過相應的軟件對數據進行實時顯示，而且還可以將數據以文本的形式進行保存，方便以后查閱和跟蹤。

3 系統工作原理

該系統的工作原理主要是通過對比提醒的方法，首先將溫室植物最佳適應的溫度、光照、水分和濕度等范圍存儲至主控制器當中，之后通過光照傳感器、葉片溫度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器和莖桿生長傳感器等對環境中的各種因素進行數據采集，并將采集的數據和存儲的最佳范圍進行對比，如果實際采集的環境因素數據不在最佳范圍之內，系統則會開啟語音提示模式，提醒溫室的管理者對環境因素進行調整，從而保證溫室環境因素始終處于植物生長的最佳范圍之內。溫室無線智能控制終端可以對禽舍、菌栽培養、大棚群日照、溫度、濕度和莖桿生長等進行實時觀測，并將觀測數據顯示于液晶屏當中，同時可以通過設定最佳環境因素范圍，判斷溫室實際環境因素是否有利于植物的生長，并可通過語音提醒的方式來輔助管理員進行相應的工作，同時系統還可以將采集的數據以文本的形式進行儲存，并通過串行通訊口將數據傳至上位機。

4 系統性能測試

該系統進行了系統性能測試，從而考察系統的工作穩定性，首先將光照傳感器、葉片溫度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器和莖桿生長傳感器等與ZigBee終端節點連接，通過終端節點采集溫室的光照、葉片溫度、土壤溫度、土壤水分和莖桿生長等因素，并將數據每隔一分鐘傳一次至接收系統，連續檢測一個小時，對得到的數據進行分析處理，發現系統在一個小時之內對溫室的光照、葉片溫度、土壤溫度、土壤水分和莖桿生長等因素均進行了完整接收，沒有發生丟失數據的現象，并且采集的數據也相當準確，可見該系統比較完善，能夠很好的運用于實際當中。

總之，該系統是基于ZigBee技術的溫室無線智能控制終端，通過對各模塊的完善搭配，實現了溫室環境因素的準確檢測和智能控制，該系統的優點具體表現為：新型的語音發音模塊使得該系統能夠給管理人員及時準確的提醒，保證管理員能夠及時調整環境因素；系統的低功耗使得僅僅兩節5號電池就能夠保證系統工作長達半年之久；數據儲存功能使得該系統能夠最多儲存四萬組數據，方便查詢和對比；該系統操作簡單、結構輕巧，使用起來非常方便。相信通過不斷的完善，該系統會更加適應于實際工程，最終為農業的發展做出一些貢獻，能夠更好的為人們服務。

參考文獻

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