基于ZigBee技術的葡萄園環境監測系統

楊春麗

摘要：系統以各類傳感器和CC2530作為終端節點，通過ZigBee所建立的網絡將環境參數匯集給協調器，并利用RS232串口實現協調器與上位機的通信，實現對葡萄園內空氣溫濕度、土壤濕度、光照強度數據進行采集與顯示。如果采集到的數據超過系統設定的閾值時，則會發出報警，提醒管理人員及時采取措施對環境進行改善。把ZigBee無線傳感器網絡應用于葡萄園內環境監測，一方面是考慮了其低成本、低功耗的特點，同時也省去了布線的麻煩，降低了網絡維護成本。

關鍵詞：ZigBee;無線傳感器;葡萄園;環境;監測;系統

中圖分類號：TN99-34? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）20-0159-03

Vineyard Environmental Monitoring System Based on ZigBee Technology

YANG Chun-li

（Dali University， Dali 671003， China）

Absrtact： The system uses all kinds of sensors and C2530 as terminal nodes， collects the environmental parameters to the coordinator through the network established by ZigBee coordinator， and uses RS232 serial port to realize the communication between the coordinator and the host computer， so as to collect and display the air temperature and humidity， soil humidity and light intensity data in the vineyard. If the collected data exceeds the threshold set by the system， an alarm will be issued to remind managers to take timely measures to improve the environment.

Key words： ZigBee; wireless sensor; vineyard; environment; monitoring; system

1引言

葡萄是一種對光照強度、空氣溫濕度和土壤保水能力要求較高的植物。為了確保葡萄的增產增收，達到科學種植的目的，迫切需要引入一種合適的葡萄園環境監測系統。傳統的農業環境監測系統通常采用有線方式。在實際應用時，由于采集點分散需要大量布線，會致使各種線纜交錯，導致系統安裝與維護成本上升[1-2]。此外，農業環境具有長期高溫、潮濕、土壤及空氣酸堿性較高等特點，容易導致通信線路老化，致使系統的可靠性降低[3-4]。這些不足嚴重影響了有線環境監測系統在葡萄園環境監測中的推廣。

基于此，在與多種無線組網技術比較后，利用ZigBee無線傳感器網絡自組網能力強，即使在GPS覆蓋不到的區域都可以使用及可根據葡萄園地形靈活設置網絡拓撲結構、功耗低、成本低等優點，提出把ZigBee網絡應用于葡萄園環境監測中來，這樣既解決了傳統農業環境監測系統存在的問題，又滿足了葡萄樹對生長環境的需求。

2 系統硬件設計

系統硬件設計包括系統的硬件選型和網絡拓撲設計。在整個應用中，系統終端節點與協調器節點采用了TI公司生產的 CC2530 芯片[6]，利用無線傳感器和ZigBee模塊構建網絡對葡萄園內光照強度、空氣溫濕度、土壤濕度參數進行采集并傳送給CC2530進行處理，再傳送給上位機在PC端進行顯示。

當葡萄園較小時，可以采用如圖1所示的以協調器為核心多個互不通信的終端節點連接至網絡的星形網絡拓撲結構[7]。整個網絡由終端節點模塊、無線傳感器模塊、協調器模塊、上位機模塊構成。當葡萄園較大時，采用網狀拓撲和樹狀拓撲結構，這兩種網絡結構都需要路由節點作為中繼。

2.1? CC2530單片機

CC2530內部集成了51控制器、射頻收發器，具有功耗低、節點設計簡單、功能強等特點。CC2530具有四種不同的閃存版本，分別是32/64/128/256KB、有21個通用輸入輸出I/O引腳、18個中斷源的中斷控制器、5通道 DMA、32kHZ的睡眠定時器等豐富的外設接口[8]，CC2530具有多種運行模式，使得它尤其適用于超低功耗要求的系統。

2.2 傳感器硬件設計

2.2.1 溫濕度傳感器DHT11

溫濕度傳感器DHT11是一款已校準數字信號輸出的，將溫濕度傳感技術和數字模塊采集技術相結合的傳感器，用于對葡萄園內空氣溫度和濕度的采集，確保其采集數據的準確性[4-8]。其工作電壓為3～5.5V。DHT11傳感器包括1個電阻式感濕元件和1個NTC測溫元件，信號傳輸距離可達20米以上，DHT11采用串行接口單總線數據傳送方式，每次傳送40位數據，分為整數和小數兩部分。圖2為DHT11電路連接圖。

2.2.2 光照傳感器GY-30

系統使用GY-30數字光照傳感器來測試光照強度。GY-30自帶一個16位A/D轉換器，可以直接輸出數字信號。GY-30采用ROHM原裝BH1750FVI作為主控芯片，供電電源為3～5V，能檢測到大范圍的照度（0～65535 Lx）變化，具有較高的靈敏性[9]。傳感器有5個引腳，分別是： I2C總線時鐘引腳SCL、I2C總線數據引腳SDA、供電電源引腳VCC、公共接地端GND、I2C地址引腳ADDR [9]。GY-30與CC2530電路連接圖見圖3。