郭大路

濰坊職業(yè)學院，山東濰坊 261031

基于ZigBee的溫室大棚溫度監(jiān)測系統(tǒng)

郭大路

濰坊職業(yè)學院，山東濰坊 261031

本文針對傳統(tǒng)有線溫度檢測系統(tǒng)存在布線復雜、維護困難、成本高等問題。從低功耗、小體積、使用簡單等方面考慮連接進行數(shù)據(jù)傳輸，提出了基于射頻CC2430(ZigBee)和數(shù)字溫度傳感器DS1820設計無線溫度檢測系統(tǒng)的實施方案。

無線通信；ZigBee協(xié)調(diào)器；CC2430； DS1820；溫度檢測

0 引言

隨著溫室大棚種植技術的不斷發(fā)展應用，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植，大棚溫室種植已成為重要手段。而溫室大棚中所種植的農(nóng)作物對溫度的要求極高。大棚溫度控制不好，會影響到各種農(nóng)作物的生長，從而導致大棚的效益下降。由此，便需對大棚溫度實時的、精確的監(jiān)測。但是目前，國內(nèi)的很多溫室大棚溫度監(jiān)測仍然采用的是以單片機控制為核心的傳統(tǒng)有線監(jiān)測系統(tǒng)。這種監(jiān)測系統(tǒng)通過采用復雜的電纜將其各部件連接并進行數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)具有布線復雜、局限性強以及設備維護困難等問題。

針對這些問題，提出了一種基于無線射頻CC2430（ZigBee）技術和數(shù)字溫度傳感器的無線溫度檢測裝置。設備主要由一個無線節(jié)點（接點根據(jù)需要可擴展到56個）和一個協(xié)調(diào)器組成。系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)器與無線節(jié)點進行無線通信，將無線節(jié)點所采集到的溫度數(shù)據(jù)信息由串口將數(shù)據(jù)顯示出來，從而達到對溫度檢測的目的。

1 ZigBee9 技術簡介

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術或無線網(wǎng)絡技術，是一組基于IEEE批準的802.15.4無線標準研制開發(fā)的有關組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術，主要適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務，可嵌入各種設備中。網(wǎng)絡功能是ZigBee最重要的特點，也是與其他無線局域網(wǎng)(WPAN)標準不同的地方。在網(wǎng)絡層方面，其主要工作在于負責網(wǎng)絡機制的建立與管理，并具有自我組態(tài)與自我修復功能。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要使用孤立的、沒有通信能力的機械裝置，主要依靠人力監(jiān)測作物的生長狀況。采用了由成千上萬個傳感器構成的比較復雜的ZigBee網(wǎng)絡后，農(nóng)業(yè)將可以逐漸地轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，使用更多的自動化、網(wǎng)絡化、智能化和遠程控制的裝置來耕種。ZigBee技術已廣泛應用于現(xiàn)代精確農(nóng)業(yè)。

2 系統(tǒng)的硬件結構組成

整個無線測溫裝置硬件由無線節(jié)點和協(xié)調(diào)器兩大部分組成。通常，一套裝置只有一個協(xié)調(diào)器，其主要包括微控制器及射頻收發(fā)單元、無線節(jié)點、電源模塊及接口單元。

系統(tǒng)硬件在選用上，主要從溫度監(jiān)測的精確度、溫度檢測的范圍以及所選元器件使用的便利性和經(jīng)濟型方面考慮。我們主要采用的是DS1820的無線溫度傳感器和無線射頻CC2430。

DS1820的無線溫度傳感器內(nèi)部結構主要由溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器及接口電路五部分組成。其主要特點是溫度測量精確，對溫度的分辨率為0.5℃；測量范圍廣，測量范圍可從-55℃到+125℃；單總線接口，只需一個接口即可完成溫度轉(zhuǎn)換的讀寫操作，可簡化線路，節(jié)省I/O資源，提高經(jīng)濟性。系統(tǒng)可將檢測到的溫度信息數(shù)字化，采用9位數(shù)字方式直接讀取溫度，其典型轉(zhuǎn)換時間僅為1s。

無線射頻CC2430芯片的是完全符合ZigBee技術的2.4GHz射頻系統(tǒng)單芯片，適用于各種無線網(wǎng)絡節(jié)點。其主要特點是體積小、高性能、低功耗，具有優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性。

接口單元我們采用的是目前PC與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口RS-232接口。RS-232接口采用的是串行通訊方式，具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。

3 工作原理

系統(tǒng)的工作主要由3部分實現(xiàn)：信息采集終端、信息收集終端、信息顯示終端。

溫度數(shù)據(jù)由DS1820采集之后傳給節(jié)點，之后經(jīng)兩塊ZigBee模塊的無線通信把溫度值傳給協(xié)調(diào)器，最后通過串口把溫度值顯示出來。在進行多點通信時，裝置中每個協(xié)調(diào)器可連接多達255個節(jié)點。不僅可以極大的解決傳統(tǒng)有線設備的布線問題，還可節(jié)約大量導線，提高設備經(jīng)濟性。

1）信息采集終端：主要指是無線節(jié)點。從經(jīng)濟性及便利性方面考慮主要采用的是由數(shù)字DS1820、無線射頻CC2430、電源等組成的無線節(jié)點。無線節(jié)點主要分布溫室大棚中需要進行溫度檢測的各個地點，節(jié)點之間通過射頻進行無線通信。工作中，終端在無線節(jié)點的增加或者刪除時，可快速的對網(wǎng)絡拓撲結構進行調(diào)整，實現(xiàn)網(wǎng)絡的自我修復從而保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。溫度傳感器在與協(xié)調(diào)器綁定進行溫度檢測后，檢測到得溫度通過無線通信發(fā)送到協(xié)調(diào)器；

2）信息收集終端：主要是指協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器主要安放在溫度檢測控制室，其作用主要是完成整個系統(tǒng)網(wǎng)絡的建立與維護，與無線節(jié)點間實現(xiàn)綁定的建立，接收由無線節(jié)點通過ZigBee無線網(wǎng)絡發(fā)送過來的溫度數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲及匯總。之后，通過RS-232串口將采集到得溫度數(shù)據(jù)信息傳送到上機位，以便對數(shù)據(jù)進一步處理；

3）信息顯示終端：主要是指上機位。通常與信息采集終端同樣安放在溫度檢測控制室。其主要作用是將由信息采集終端傳送過來的溫度檢測數(shù)據(jù)儲存并做進一步的處理后顯示。其中溫度值的顯示是以16進制形式顯示的，再做進一步處理是可以對其十進制化。實驗時，裝置在室溫情況下測量得到的數(shù)據(jù)溫度值為16+11=27攝氏度，較為準確。

4 結論

基于ZigBee的溫度檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的是溫度的無線檢測，設備可靠性高和功耗小，成功解決了傳統(tǒng)有線溫度檢測系統(tǒng)布線等復雜的問題，適合工業(yè)級要求，有較高的實用價值。

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1674-6708（2011）50-0203-01