基于ZigBee技术的温室无线智能控制终端开发

胡光夏

【关键词】ZigBee技术 温室无线智能控制终端 硬件 软件

我国是农业大国，农业技术的发展与我们日常衣食息息相关，温室是农业现代技术发展的产物，通过温室可以保证农作物在最适宜的环境下生长，从而提高产量，而农业自动化是温室发展的核心元素。无线传感器是发展迅速的一种信息技术，它通过设置在各个区域的微型传感器监测来实现一个自组织的网络系统，是目前运用最为广泛的一种无线传感网络技术，它具有低成本、低能耗、近距离和可靠性高等众多优点，因此本文将对ZigBee技术在温室无线智能控制终端的开发进行探讨。

1 系统硬件

为了控制温室环境因素（主要包括光照、叶片温度、土壤温度、土壤水分和茎杆生长等），本系统通过数据采集和实时控制的硬件实现温室环境因素的控制，具体包括以下几个方面：

1.1 中心控制模块

本系統的中心控制模块是JN5139，该模块是低成本、低功耗的无线微型控制器，主要由32位精简指令集处理器和2.4GHz频段无线收发器组成，该模块还具有丰富的外部扩展接口，并能够通过电池长期供电。

1.2 传感器模块

为了实现对温室中环境因素的感应，该系统采用了光照传感器、叶片温度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器和茎杆生长传感器，通过传感器采集环境因素信息，之后由A/D转换为标准电压，最后通过ZigBee控制器对数据进行分析处理。

1.3 语音发音模块

为了实现智能化和自动化，该系统增加了语音发音模块，通过真人发声系统，对温室中超出正常范围的环境因素进行语音提醒，从而使得用户能够及时调控。该系统主要采用PM60系列芯片进行控制，该芯片可分为8段语音录放，大大提高了系统的工作效率。

2 系统软件

系统软件采用的是SDK软件平台，主要包括协调器程序设计和终端节点程序设计。

2.1 协调器运行流程

作为整个ZigBee系统的管理员，协调器运行流程主要包括一下几个方面：首先对系统进行初始化操作，主要包括硬件外设和ZigBee协议栈的初始化，之后通过选择合适的信道来进行信道查询，设置网络终端节点，最后通过网络终端节点来发送传感器数据，并将这些数据储存到Flash中或传送到计算机中。

2.2 终端节点应用程序设计

该系统中终端节点主要作用是将采集到的光合有效辐射、土壤温度、土壤水分、叶面温度和茎杆生长变化传送至协调节点，具体在节点上电后，先通过初始化操作对硬件外设和ZigBee协议栈进行初始化，接着通过信道查询来加入合适的网络，然后将请求加入传到该网络的协调节点，在得到允许之后加入网路，通过网络得到传感器读取数据，并将数据传至协调器，完成整个过程之后系统会进入休眠状态，等待下一次的命令。

2.3 上位机软件界面

该系统通常通过将协调器作为独立的控制器在液晶屏幕上显示采集到的环境因素数据，同时该系统还可以通过串口和上位机相互连接，串行通讯口是这个过程的关键因素，他可以把传感器采集到的各种信息发送至上位机，并通过相应的软件对数据进行实时显示，而且还可以将数据以文本的形式进行保存，方便以后查阅和跟踪。

3 系统工作原理

该系统的工作原理主要是通过对比提醒的方法，首先将温室植物最佳适应的温度、光照、水分和湿度等范围存储至主控制器当中，之后通过光照传感器、叶片温度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器和茎杆生长传感器等对环境中的各种因素进行数据采集，并将采集的数据和存储的最佳范围进行对比，如果实际采集的环境因素数据不在最佳范围之内，系统则会开启语音提示模式，提醒温室的管理者对环境因素进行调整，从而保证温室环境因素始终处于植物生长的最佳范围之内。温室无线智能控制终端可以对禽舍、菌栽培养、大棚群日照、温度、湿度和茎杆生长等进行实时观测，并将观测数据显示于液晶屏当中，同时可以通过设定最佳环境因素范围，判断温室实际环境因素是否有利于植物的生长，并可通过语音提醒的方式来辅助管理员进行相应的工作，同时系统还可以将采集的数据以文本的形式进行储存，并通过串行通讯口将数据传至上位机。

4 系统性能测试

该系统进行了系统性能测试，从而考察系统的工作稳定性，首先将光照传感器、叶片温度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器和茎杆生长传感器等与ZigBee终端节点连接，通过终端节点采集温室的光照、叶片温度、土壤温度、土壤水分和茎杆生长等因素，并将数据每隔一分钟传一次至接收系统，连续检测一个小时，对得到的数据进行分析处理，发现系统在一个小时之内对温室的光照、叶片温度、土壤温度、土壤水分和茎杆生长等因素均进行了完整接收，没有发生丢失数据的现象，并且采集的数据也相当准确，可见该系统比较完善，能够很好的运用于实际当中。

总之，该系统是基于ZigBee技术的温室无线智能控制终端，通过对各模块的完善搭配，实现了温室环境因素的准确检测和智能控制，该系统的优点具体表现为：新型的语音发音模块使得该系统能够给管理人员及时准确的提醒，保证管理员能够及时调整环境因素；系统的低功耗使得仅仅两节5号电池就能够保证系统工作长达半年之久；数据储存功能使得该系统能够最多储存四万组数据，方便查询和对比；该系统操作简单、结构轻巧，使用起来非常方便。相信通过不断的完善，该系统会更加适应于实际工程，最终为农业的发展做出一些贡献，能够更好的为人们服务。

参考文献

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[3]曹伟，刘雨佳.基于ZigBee技术的楼宇温控系统的设计[J].中国新技术新产品，2010（07）.