基于zigbee 技术温室大棚智能监测系统

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　　基于ZigBee技术温室大棚智能监测系统杨小来常州工程职业技术学院江苏常州213164【文章】针对目前温室大棚在环境监测方面遇到的问题，本文提出了一种基于ZigBee技术温室大棚智能监测系统。该系统具有低复杂度、低功耗、低成本、可靠性高等特点。【关键词】ZigBee；CC2530；无线传感X络；协议栈0引言无线传感器X络技术当中，ZigBee技术的低复杂度、低功耗、低成本、X络容量大、可靠性高、适宜的数据传输速率以及双向通信等特点，使ZigBee技术在智能家居、工业自动化、智能建筑、环境监测、农业等领域得到了广泛的应用。近年来ZigBee技术在温室大棚环境智能监控方面的应用也引起的人们的关注和研究。为了提高土地的产出效益，温室大棚技术在我国已经盛行多年，但是目前在农业温室大棚监控领域，使用较多的依旧为传统有线监测型监控系统，这些系统普遍存在安装难度大，布线难度大，需要单独供电和覆盖范围较小等问题。鉴于此本文提出一种基于ZigBee技术的温室大棚只能监控系统。本系统由无线传感器终端采集节点，ZigBee协调器和上位机监控系统三部分组成。可通过上位机QT程序实时监测温室大棚中温度、湿度、二氧化碳、光照度等环境参数。1系统硬件设计 本系统硬件主要包含无线传感器终端采集节点和ZigBee协调器这两部分。终端采集节点通过CC2530搭载温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器，其中温湿度采集采用瑞士Sensirion公司推出的SHT10单片数字温湿度集成传感器，具有超低功耗，自动休眠，稳定性高等特点。光照度采集采用一种超小型表面贴装IC的照度传感器TPS852，它在芯片电路中集成了一个光电二极管和电流放大器，敏感度高，能识别很小的光变化，并且拥有优异的线性输出。二氧化碳采集采用对CO2有着良好的灵敏度和选择性，并且受到温湿度变化的影响较小，拥有良好的稳定性和、再现性的MG811二氧化碳传感器。协调器节点主要负责X络的发起、参数的设定、信息的管理及维护功能，也可用来协助建立安全层和应用层的绑定。协调器节点主要由处理器模块、RF前端、电源管理模块及各外部接口等组成。其中处理器模块的主控芯片采用CC2530，它是用于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其他强大的功能。能够以非常低的总的材料成本建立强大的X络节点。具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。RF前端采用TI公司的集成度很高的射频前端芯片CC2591。2系统软件软件本系统软件设计分为3大块：传感器节点软件设计，协调器软件设计和上位机软件设计，软件设计框图如图1所示。 2.1ZigBee协议栈介绍协议是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据发射和接收。协议栈是协议的具体实现形式，可以看成是协议和用户之间的一个接口，开发人员通过使用协议栈来使用这个协议的，进而实现无线数据收发。ZigBee的协议分为两部分，IEEE802.15.4定义了PHY（物理层）和MAC（介质访问层）技术规范；ZigBee联盟定义了NARGIN:0cm0cm0pt;mso-layout-grid-align:none"class=MsoNormal>2.2ZigBee协调器软件设计ZigBee协调器是整个X络的主要控制者，负责建立X络，管理X络中的节点和存储X络信息，同时还要通过串口连接实现与上位机的通讯。在本设计中协调器主要负责建立X络，接收由传感器定时发过来的传感器数据并将它输出到串口与上位机程序进行通讯。所以在SampleApp_ProcessEvent()函数中我们主要处理AF_INING_MSG_CMD消息，即射频信息已被下层接收到的消息。此时该消息的处理函数为SampleApp_MessageMSGCB(MSGpkt)；在该函数中我们将解析收到的射频数据并且分析数据哪种传感器的数据并发送到串口。2.3ZigBee传感器节点软件设计作为一个传感器节点，首先需要做的功能就是定时不断的向协调器发送当前环境数据信息，在开启时会寻找X络，当加入X络时，在协议栈中会发出ZDO_STATE_CHANGE消息，告诉SampleApp_ProcessEvent()函数，已经进入X络可正常工作，所以在该消息下编写定时发送SAMPLEAPP_SEND_TEMPHUMI_MSG_EVT事件的函数，并定义该事件的发送频率为SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_ MSG_TIMEOUT，从开始的预定义可以发现该事件为5000ms即5s发送一次。2.4上位机软件设计ARM6410嵌入式开发平台上利用QT图形化程序设计软件作为上位机监测程序，主要分为两部分功能。第一部分为实时监测功能。用户需要知道当前环境参数，这部分用户需要精确的查看，所以设计为文本数字查看。第二部分为历史查看功能，用户则需要很直观的查看历史过程，所以设计为折线图查看。3结论本设计以Zigbee为核心技术，搭配QT4GUI编程设计了一套基本完整的监测系统，经过实验论证该系统在温室大棚检测领域中拥有一定的可行性。使用Zigbee无线传感X络技术来搭载传感器进行传感X的架设，省略麻烦的传统式有线传感器的线缆预埋，并且Zigbee本身具有成本低、掉X重连等一系列优势。ARM6410作为一个搭载linux系统的嵌入式平台，搭配QT4可以非常便利的进行GUI程序设计，并且ARM拥有非常全的扩展性能。【