基于ZM5168模块的农业温室大棚温湿度采集节点的设计

2017-01-13王仁增任凯金大维边疆

种子科技 2017年8期

关键词：辽阳子程序温湿度

王仁增，任凯*，金大维，边疆

（1.沈阳工业大学，辽宁辽阳111003；2.国网辽阳供电公司，辽宁辽阳111000；3.忠旺集团有限公司，辽宁辽阳111003；）

基于ZM5168模块的农业温室大棚温湿度采集节点的设计

王仁增1，任凯1*，金大维2，边疆3

（1.沈阳工业大学，辽宁辽阳111003；2.国网辽阳供电公司，辽宁辽阳111000；3.忠旺集团有限公司，辽宁辽阳111003；）

介绍了采用ZM5168模块、STC89C52单片机和DHT11温湿度传感模块构成的ZIGBEE温湿度采集节点。该节点可以实现对温室内温度、湿度信号的采集，并通过ZIGBEE通信实现所采集信号的实时无线传输。本设计均采用已经开发好的功能模块，这样既保证了开发的高效性，也提高了系统的稳定性。

ZM5168模块；STC89C52单片机；QX4054芯片；DHT11模块

我国黄河以北地区冬季长且寒冷，不适宜农作物生长。农民通过建造温室大棚，解决作物冬天生长问题。但是，由于温室属于密闭空间，同时植物具有蒸腾作用，使温室内湿度很高，极易造成病害。因此，对温室内环境温度和湿度的监测具有重要意义。本文提出一种基于ZM5168模块的温湿度采集节点，完成对农业大棚内温度和湿度信号的监测，为农民提供更加详细、准确、及时的环境参数，使农业生产更加高效、智能。

1 系统构成

本设计采用基于ZIGBEE协议的ZM5168模块作为通信接口，选用STC89C52单片机作为处理器，利用DHT11模块作为温湿度的传感器，应用QX4054芯片和CN5136芯片作为锂电池管理单元，外接SD卡作为数据存储器，采用LED实时显示系统当前的温湿度值。系统结构框图见图1。

2 系统硬件设计

2.1 处理器STC89C52

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。其采用增强型8051单片机，6 h和12 h工作周期可以任意选择；指令代码完全兼容传统8051单片机；工作电压为5.5～3.3 V；8 K字节片上用户程序存储空间，512 K字节RAM存储空间；具有32位通用IO口，可实现模拟SPI总线，用于SD卡的访问，以及扩展LED显示功能和按键；通用异步收发串行接口用于和ZM5168模块实现通信。因此本设计采用STC89C52单片机实现控制功能。

2.2 ZM5168通信模块

ZM516X系列ZigBee无线模块是广州致远电子股份有限公司基于NXP JN5168芯片开发的低功耗、高性能型ZigBee模块，它提供一个完整的基于IEEE802.15.4标准ISM（2.4-2.5GHz）频段的应用集成方案[1]。ZM5168模块和单片机之间通过串口通信协议，就可以实现ZIGBEE通信节点之间的无线通信功能。ZM5168模块共有27根引脚，其中12脚和13脚是TTL电平的串口收发引脚，22脚是复位输入引脚RESETN，25脚是命令响应引脚ACK，14脚是恢复出厂设置引脚DEF，16脚是工作指示灯引脚STATE。在本设计中采用的电路原理可以完成ZM5168通信模块的无线数据收发功能。

2.3 DHT11温度湿度采集模块

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。一共有4根引脚，其中引脚1为电源，引脚4为GND，引脚3为DATA。本设计中单片机通过通用IO口和DATA之间的连接，完成对温度和湿度信号的采集功能。

2.4 电源电路

本设计中，节点供电采用锂离子电池供电。锂离子电池的电源管理系统采用锂离子电池恒流恒压线性充电IC芯片QX4054、ADI公司出品的降压模块ADP3339AKC -3.3-RL以及上海如韵公司出品的CN5136模块构成[2]。该管理系统可以实现micro usb接口充电，可以提供5 V、3.3 V电压，满足本设计的需求。

3 软件设计

本节点采用C51语言作为开发语言，Keil uVision作为软件开发平台，实现对节点程序的设计。整个程序分为5部分：主程序、显示子程序、通信子程序、温湿度采集子程序，以及IO模拟SPI驱动子程序。首先，处理器上电复位，完成对数据缓冲区、显示缓冲区、定时器等的初始化。ZM5168模块的初始化通过在PC机上的FastZIGBEE应用软件实现，单片机在初始化阶段只需要完成对串口的初始化即可。初始化完成后，单片机延时越过传感器DHT11的非稳定状态期，与此同时，通过LED显示数据缓冲区内的数据，并循环执行。数据的采集是通过单片机的定时中断实现，节点设置采集周期为1 S。当需要时，节点可以通过无线接口，把数据上传给上位机，完成数据收发的工作。