基于ZigBee的盆栽作物無線采集系統設計

[摘 要] 本文采用Zigbee技術，設計多數據無線采集系統。通過此系統，可以實現各盆栽作物的大氣溫度、濕度、水位信息、土壤濕度和光照信息的采集，并經過Zigbee模塊的CC2530完成數據的傳輸，使得盆栽作物的精細灌溉得以實現。

[關鍵詞] 盆栽種植；Zigbee無線通訊模塊；大氣環境監測；土壤環境監測

[中圖分類號] TP274.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）12-95-2

近年來，計算機、微電子、檢測、通信和自動控制等信息技術取得了空前的發展，物聯網、云計算、大數據及人工智能等一批新興技術得到了廣泛應用，不僅促進了工業的進步，也推動了精準農業的發展。而作物生長環境因子的監測則是精細農業理論研究和實踐的重要內容之一。

1 ZigBee技術概述

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，具有近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率（<250 kbps）和高可靠的特點[1]。ZigBee被認為是在傳感器監測網絡、遠程控制、智能家居等領域發展前景最好的無線網絡通信技術，其拓展性良好，可以嵌入其他各種設備。基于Zigbee的盆栽作物無線采集系統，將盆栽中的環境參數（如大氣溫濕度、光照強度、土壤溫度和土壤濕度等）通過ZigBee無線網絡進行數據的規模采集和集中管理。

2 采集系統的設計

2.1 系統整體設計

本系統采用星型網絡拓撲結構，一個協調器節點和多個終端采集節點組成一個協調采集網絡。由協調器負責將采集系統初始化，建立網絡后，將網絡地址分配到每個采集節點，采集節點開始初始化，開始進行多次測試采集，并將測試數據發送到協調器端，由協調器控制采集節點并判定其平均值是否符合預期值。此外，還將測試數據發送到服務端的測試接口，如果用戶確認是否通過測試。終端采集節點將采集的數據和ID發送到協調器節點，由協調器封裝發送到服務器。本采集系統的結構圖如圖1所示。

2.2 傳感器驅動設計

DHT11傳感器驅動設計，首先由Zigbee協調器發起初始化數據請求，保持18 ms，然后拉高數據線由DHT11處理并輸出數據，程序從高位開始獲取數據。其中，第1個字節是濕度整數位，第3個字節是溫度整數位，第5個為校驗位（即溫度+濕度），數據接收完后清零，等待下次協調器發送數據請求，再執行大氣溫濕度的監測。其啟動測量過程如圖2所示。

BH1750與主控器之間的通訊使用的是標準的IIC通訊協議。并且在IIC總線上傳送數據只有開始信號、結束信號和應答信號3種。BH1750通過IIC接口接收協調器的控制命令以及讀取數據的命令，進行通訊測試，BH1750進行初始化，將發送數據到協調器上，測量精度最高達到0.11lx，量程為1～65 535 lx，非常適用于

植物盆栽的環境光照強度的測量。其啟動測量過程如圖3所示。

將土壤濕度傳感器正確連接協調器，此時紅LED燈亮，而藍LED燈滅，將金屬物短接兩端后，藍LED燈亮起，模塊工作正常。土壤濕度傳感器正常工作后即可輸出數據，通過A/D轉換模塊，將輸出的高低電平轉換成土壤濕度值，傳送到協調器上（見圖4）。

土壤溫度DS18B20傳感器（見圖5），由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序[2]。根據工作協議，先通過以下流程讀取溫度數值，然后執行溫度轉換，將RAM中的數據進行BCD碼轉換確定溫度數據，傳送到協調器。

3 結語

本研究介紹了一種基于Zigbee技術的盆栽作物的集成采集系統，并給出了詳細的系統設計方案，從驅動層面，硬件層面描述了設計和實現方法。測試表明，將低成本、低功耗的無線Zigbee技術應用到盆栽生長的數據的采集，不但能自動對作物的生長數據進行實時的監測，而且提高了生產水平，方便管理盆栽[3]。此外，Zigbee相比于其他傳統的監測系統具有更加靈活和強大的網絡功能，為在大型種植基地的廣泛應用提供了基礎和條件。

參考文獻

[1]張偉濱.基于Zigbee溫室大棚遠程監控系統研究與實現[D].大慶：東北石油大學，2014.

[2]高紅紅.小區域農作物生長環境多點無線監測系統的設計[D].銀川：寧夏大學，2014.

[3]明鑫.基于ZIGBEE技術的溫室大棚環境參數監控系統設計[D].南寧：廣西大學，2013.