基于物联网的温室智能系统研究

都妍美

摘 要：我国正处于经济发展阶段，在经济建设中出现了许多问题。我国土地资源非常丰厚，但是因为人口众多，人均占有量却非常低。农业生产时若想要得到预计的高产高质作物，就需要未知物提供适宜其健康生长的如阳光，二氧化碳等。为了满足温室智能管理自动化、网络化的需求，本课题结合ZigBee无线传感器网络技术的特点和优势，提出了一种新的设计方案，设计和实现了基于ZigBee无线传感器网络和GPRS技术的无线温室智能管理系统。

关键词：ZigBee；无线传感器网络；温室智能管理

中图分类号：S625.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0061-02

1 数字信息化

数字信息化的进步为人们社会生活提供了许多便捷，也日益影响着世界经济格局，已经全面渗透到人们生活当中。各个国家利用这一发展趋势也逐步将其利用到农业领域中。农业的信息科技化深深影响着农业生产，使农业在这种改革之下慢慢变成新型农业模式。在农业生产的每一个环节中都运用数字信息化模式，通过科学手段控制农业生产的全过程。目前，农业从以往传统模式向全智能模式转变，是现代农业发展的最终形态和必须经历的过程。

如今社会生活中使用无线技术的方面非常多，其中广为人知的是网络领域中的无线上网功能。无线技术在被社会运用过程中使用范围有限，总是运用在在某一特定单一的领域。随着科技发展无线技术也越来越被国家重视并且应用到水利工程项目中，其中ZigBee技术根据其自身特点在温室智能管理时起到了至关重要的作用，它的使用解决了以往对温室智能管理中出现的一系列问题，可以更完善数据的采集，也为以后对水利工程中的监测提供了保障。

2 ZigBee无线传感器网络技术

ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低成本、低数据速率、低复杂度的无线网络技术，主要适用于自动控制领域。2000年12月成立的IEEE802.15.4工作组制定了其物理层和介质访问控制层的协议，2002年8月成立的ZigBee联盟在此基础之上定义了网络层、安全层和应用接口层标准。应用层的具体功能由用户根据实际应用自行开发，因此使该技术能够适用于更多的应用领域。

3 基于物联网的温室环境监控系统设计方案

3.1 总体设计方案

具体的温室监控因素主要可归纳为以下这些：温湿度、光照强弱和CO2浓度。因为这些因素是农作物生长最不可或缺的生长条件，在对以上这些环境参数监测后，紧接着使用系统来控制相应设备进行调整，如喷灌、补光、湿帘泵、地热发生器都可以实现对上面参数变化作出补救。

为实现温室的环境监控，需要及时合理的对多个影响农作物生长的因素进行由点到线再到面的监督和数据的收集，需要有大量的电缆或者光纤的帮助才能实现，而且实行起来非常费时费力，在土壤的作用下，电缆和光纤很有可能和对农作物施用的肥料发生有害的化学反应，在大雨、大雪、雷电等情况下很容易发生料想不到的麻烦，而且线都铺设在土壤之下，一旦有故障修理繁琐，耗时过长，很可能减值减收。

①往往利用节点模块实现温室环境监控数据的采集整理，能在ZigBee本身的网络和协调器之间传递信息，将节点端布置在室内可以实现数据的接收，整理和传递的作用。

②协调器的主要功能是通过建立协调节点连接计算机和传感器，建立集中网络和处理终端传递的数据进而利用UART传递到上位机。

③网口-串口转换调节器可以将数据在两种设备上及时互换，最终到达以太网IOTService，如果终端不是以太网则需要选择合适的适配器实现连接。

④装备有IAR Embedded Workbench的C/C++调节器和交叉编译器的终端往往是为了网络在硬件之间的建立，而装备有VS2005软件平台的计算机是为了实现温室内部的可视化监控，便于协调人与机器的互知，依靠科学的方法实现作物的高产，最终目标将温室参数放在节点下，使用统一标准和数据化调控起来。

3.2 开发平台架构

基于Visual Studio 2005编程环境，使用 MSComm控件完成监测管理软件设计。我们所添加的程序主要在API层，将已有的建立好的工程项目进行修改，添加自己所需要的应用代码，通过移植的方式来开发Zigbee项目。使用IAR打开工程文件后，即可查看到整个协议栈从ZDO层到APP层的文件夹分布。

无线传感器网络软件平台包括两部分：Z-Stack协议栈和温湿度应用程序。把用户新建的任务添加到系统中，将两部分通过操作系统结合到一起，才能协调有序地工作，这就是软件平台搭建的整个过程。

3.3 传感器模块

该模块是温湿度和相关光电传感器等模块，有2个传感器，分别是光电传感器和温湿度传感器，温湿度探头直接使用IIC接口进行控制，光敏探头经运放处理后输出电压信号到AD输入。

使用l0-v 12bit的AD采集器对光敏信号进行采集，使用专用的IIC接口进行温湿度信号采集。每一次的采样需要使用2字节描述，MSB方式，温湿度及光电传感器模块输出数据结构如下：

①需要采集温度等重要信息：温度的数据采用高字节，而温度数据则采用低字节；②需要采集湿度等重要信息：湿度的数据采用高字节，而湿度的数据则采用低字节；③需要采集光强度等重要信息：光强的数据采用高字节，而光强的数据则采用低字节。

在本文对温室系统中，采用如今市场上广为人知的SHT10来准确测量棚内的温湿度。这种传感器较对于以往传感器技术更能准确无误的测量棚内信息，使棚内的温湿度达到可控效果，来保证作物的生产结果，并且具有非常高的稳定性，不会出现数据混乱等突发问题。这种芯片另一种优点在于可以与系统的转换器做到直接连接，方便对系统整体进行控制和信息传递。

4 数据采集模块的调试

通过对数据的采集以及硬件调试中，通过焊接电路板，由于对程序不能有效下载。需要检查电源的供电情况是否正常，应用多功能电表检查，可知供电系统属于正常的。通过对检测线路问题的连接，也没有发现虚焊点。当排除上述问题后，开始对原理图的设计进行检测，最终检测得到在画PCB封装时因开关封装时出问题，将控制信号直接短接到地，将其断开后就能正常下载程序了。把程序下载到电路板里，得到数据采集模块对温室里的温度、湿度、CO2浓度和光照强度的实时采集。

5 结 语

针对传统温室智能管理存在观测点少、数据采集慢、传输不可靠以及数据处理不及时等缺点，本文设计了基于ZigBee技术的无线传感器网络。它贴合各温室智能管理的实际情况，无论其实用性、可靠性、技术先进性、经济性等方面都有许多优势，极大提高了温室智能管理的科学管理水平，为ZigBee无线传感器网络在温室智能管理中的应用提供了一套行之有效的解决方案。

参考文献：

[1] Richa Arya，George Souliotis，Spyros Vlassis，etc.A 0.5 V tunable complex filter for Bluetooth and Zigbee using OTAs[J].Analog Integrated Circuits and Signal Processing，2014，（79）.

[2] Wissam Razouk，Garth V，Crosby，etc.New Security Approach for ZigBee Weaknesses[J].Procedia Computer Science，2014，（37）.

[3] 陈保站.基于ZigBee的温室环境参数多路监控系统[D].咸阳：西北农林科技大学，2014.