基于ZigBee技術(shù)的智能草莓大棚控制系統(tǒng)設(shè)計

張聰 趙鑫媛 張?zhí)?/p>

摘要：近幾年，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)迅猛發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的定義是指通過射頻識別，紅外感知，全球定位系統(tǒng)，激光掃描等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議。把何物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智慧化識別定位、跟蹤監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。由于傳統(tǒng)草莓大棚管理繁瑣，人力成本高，效率低，我們將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)大棚相結(jié)合，設(shè)計了一種基于ZigBee的智能草莓大棚控制系統(tǒng)。本文主要通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點采集出來信息，發(fā)送給協(xié)調(diào)器，反饋到PC機進行數(shù)據(jù)對比，判斷并作出對策使棚內(nèi)溫度、濕度、CO2濃度等指標控制在正常范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：智能草莓大棚;ZigBee;CC2530;Internet of things

在智能溫室大棚中種植草莓，需要特別關(guān)注空氣溫度、光照度和土壤溫濕度的變化，這些環(huán)境因子都是影響水果產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素。故設(shè)計了智能控制系統(tǒng)，節(jié)約了人力成本，而且比傳統(tǒng)大棚更加精確高效完成管理任務(wù)，通過CC2530調(diào)控，溫度、濕度、CO2濃度傳感器進行信息的采集，卷膜機、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風(fēng)機、繼電器進行環(huán)境的維持。各部分采用ZigBee進行通訊。該方案針對于溫室大棚的智能化管理十分有效，智能大棚不僅可以感知棚內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境因子的變化，而且可以記錄下這些重要的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進行分析，指導(dǎo)大棚內(nèi)的草莓生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

系統(tǒng)方案的設(shè)計主要包括三個部分分別是感知識別部分，控制中心和執(zhí)行應(yīng)用部分。感知識別部分主要為相應(yīng)的傳感器進行識別、處理、上傳的過程。控制中心由按鍵、PC機、CC2530組成。執(zhí)行應(yīng)用部分由卷膜機、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風(fēng)機、繼電器組成。感知識別部分ZigBee終端節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)傳送到協(xié)調(diào)器反饋到PC機，然后控制中心通過云計算等技術(shù)對信息智能處理來判斷是否執(zhí)行應(yīng)用使棚內(nèi)環(huán)境達到正常。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)采集裝置

2.1.1 土壤溫濕度參數(shù)

溫度傳感器，探針材料采用德國公司進口A級ST1PT1000精密鉑電阻，能夠測量土壤溫度，測量范圍在30℃～70℃之間，測量精度上下0.15℃，輸出信號為4～20mA或0～2/5/10V DC（可根據(jù)需要選擇輸出信號），響應(yīng)時間和穩(wěn)定時間均小于1秒。

2.1.2 CO2傳感器

紅外二氧化碳傳感器，10年以上使用壽命;是尺寸最小的傳感器（33×33×12.7mm）;用戶使用簡單;供電電壓為5V，消耗電流25mA/h;測量范圍：05000ppm;精度高：±30ppm±5%讀數(shù);并且提供串口和I2C數(shù)字通訊接口。S100 CO2傳感器模塊是世界上最小、最輕的NDIR技術(shù)CO2傳感器。

2.2 控制中心

控制中心由按鍵、PC機、CC2530組成。PC機主要進行數(shù)據(jù)的顯示，按鍵進行對校準數(shù)據(jù)的設(shè)置，調(diào)整適應(yīng)草莓的生長環(huán)境。CC2530是Zigbee設(shè)備的控制中心，通過軟件設(shè)置可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受，實現(xiàn)Zigbee協(xié)調(diào)器、Zigbee路由器和Zigbee終端設(shè)備三種角色的各種功能。

2.3 執(zhí)行應(yīng)用部分

執(zhí)行應(yīng)用部分由卷膜機、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風(fēng)機、繼電器組成。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

為了保持大棚內(nèi)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，我們要實三個部分的互相協(xié)作。具體過程如圖所示，初始化系統(tǒng)后，ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點通過c語言編程進行自組網(wǎng)，將傳感器嵌入ZigBee的終端節(jié)點，進行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)中心發(fā)來的數(shù)據(jù)進行更新，通過協(xié)調(diào)器顯示在PC機上，判斷數(shù)據(jù)是否正常，若正常進行復(fù)位，重新對數(shù)據(jù)進行采集，若數(shù)據(jù)不正常，發(fā)送指令到執(zhí)行器，選擇卷膜機、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風(fēng)機、繼電器并決定是否開啟。

4 結(jié)語

本設(shè)計只是從一般大棚管理最基本的需求出發(fā)提出了性價比比較高的一種系統(tǒng)設(shè)計方案，若對于大模規(guī)大棚的智能控制管理，則可以選用WiFi來進行信號的無線傳輸，還可加入視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及手機電腦等終端實時管理系統(tǒng)等。筆者相信，隨著科技的發(fā)展，未來的智能大棚管理一定會更高效、更智能、更科學(xué)。

參考文獻：

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[2]陳坤銘，亓相濤.基于ZigBee技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2017，13（21）：176178.

作者簡介：張聰（1998），男，漢族，河北滄州人，本科在讀，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。