温室超低功耗无线传感器智控系统设计——基于MSP430和ZigBee

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基于Zigbee技术的农作物温室大棚监控系统的设计和实现

参考内容
一、引言
随着科技的不断发展，智能化监控系统在许多领域得到了广泛的应用。特别是在农业领域，温室大棚监控系统的应用对农作物的生长和产量有着重要的影响。 ZigBee作为一种低功耗、低成本、高可靠性的无线通信技术，为农业温室大棚监控系统的设计与实现提供了新的解决方案。
二、系统设计
基于ZigBee的农业温室大棚监控系统主要包括传感器节点、ZigBee协调器、数据传输模块和上位机软件。
二、技术ห้องสมุดไป่ตู้述
Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的低速无线个人区域网络通信技术。它具有低功耗、低成本、高可靠性、大容量等特点，非常适合于智能家居、工业自动化、农业等领域。在农作物温室大棚监控系统中，Zigbee技术可实现传感器数据的实时采集、设备控制以及数据传输等功能。
三、系统设计
四、系统实现
1、部署方案
在温室大棚内，根据需要布置温度传感器、湿度传感器、光照传感器和CO2 传感器，并将传感器数据通过Zigbee模块传输到监控中心。监控中心部署有接收器和显示设备，方便工作人员实时监测大棚环境参数。
2、操作方法
工作人员可通过监控中心的显示设备实时查看各个温室大棚的环境参数。根据需要，可通过监控中心对温室大棚进行控制，如调整通风设备、灌溉系统等。同时，监控中心可对历史数据进行记录和分析，以便更好地了解农作物生长情况和优化温室环境。
2、网络构建
基于Zigbee技术的温室大棚监控系统采用星型网络结构。每个温室大棚作为一个独立的网络节点，节点上布置有多个传感器和Zigbee模块。通过Zigbee模块将传感器数据传输到监控中心，监控中心通过显示界面展示环境参数。
3、数据传输
系统采用无线传输方式，通过Zigbee模块将传感器数据传输到监控中心。数据传输采用UDP协议，具有较低的延迟和较高的可靠性。同时，监控中心可对各个温室大棚的环境参数进行实时监测，并根据需要对大棚环境进行调整。

基于MSP430MCU的无线低功耗智能环境监测系统设计

整个环境监测系统分为两个子系统 —— 监测终端子系统和探测节点子系统，这两个子系统各需要一个主控芯片进行数据处理，该系统统一选用ＴＩ公司推出的１６位超低功耗、具有精简指令集的ＭＳＰ４３０Ｆ５ｘｘ系列单片机，该款单片机的超低功耗的
功能，以完成友好的人机交互。
关键词
ＭＳＰ４３０５ｘｘ；无线传输；低功耗；环境监测
中图分类号：ＴＰ２７４
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１－７５９７（２０１４）Ｏ１ — ００１２－０２
２系统的硬件设计
２．１无线通信模块
该系统设计主要包括监测终端信息处理和探测节点信息采集，两者之问信息的交互采用无线通信的方式。该无线通信模块使得探测节点将环境信息以数据帧的形式传送给监测终端，
图１所不。
１总体方案设计
厂Ｊ — 量 — 传～感器］ｆＪ广Ｍ — ＰＭ — ４３ｃ０ｕ一］Ｆｌ飙ｌ … ｕ … 送＿＿开关～状 — 态 — 功放一１
— — — — 一一～—１ — ——一 — — ～ — ’— — 一
据不具有代表性。为解决以上问题，本文决定研究和开发具有高性价比的智能环境监测系统，以实现监测系统的小型化、个人化、智能化的目标，满足每个人对周围环境的知情权与监督权。

基于MSP430和ZigBee的智能喷药系统的研发

动和停止。
长期使用还会造成人员身体伤害。为解决以上问题，本文将智能喷药车、ＺｉｇＢｅｅ组网技术和ＡＣＣＥＳＳ数据库技术引人到该系统的设计中，实现智能喷药车自动定时、定量地喷药消毒，具有成本低、效率高、操作简单和界面友好的特点，对推进农药喷洒的自动化与智
化管理，能实时显示并存储当前智能喷药车喷药持续时间、药液气体浓度和药箱药液剩余量等信息。该系统的
研发解决了我国目前设施农业喷药方式危险、设备单一落后和数据无法实时显示等问题；且该系统操作简单，界面友好，性价比高，可广泛应用于设施农业大棚，应用前景广阔。关键词：智能喷药；ＺｉｇＢｅｅ；ＡＣＣＥＳＳ数据库；ＭＳＰ４３０Ｆ１４９
１７８１５０５０４＠ｑｑ．１２０１１１。
通讯作者：杨然兵（１９７９一），男，山东微山人，副教授，硕士研究生导师，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｙａｎｇｒａｎｂｉｎｇ＠ｔ６３．ｃｏｎ。ｒ
２０１４年２月
基金项目：国家青年自然基金项目（３１１０１０９０）；公益性行业（农业）科
研专项科学（２０１２０３０２８．４）；国家级大学生创新创业训练
计划项目（２０１２１０４３５０３０）

ZigBee无线传感器网络的温室大棚环境测控系统设计

本科毕业论文( 2014 届)题目：基于Zigbee无线传感器网络的温湿大______棚环境测控系统设计__________ 学院：信息工程学院____________ 专业：电子信息工程____________ 学生姓名：卫彬学号：21006021074____ 指导教师：蒋军职称（学位）：副教授合作导师：职称（学位）：__ 完成时间：2014 年5月19日_____ 成绩：_________________________________黄山学院教务处制学位论文原创性声明兹呈交的学位论文，是本人在指导老师指导下独立完成的研究成果。

本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。

本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。

声明人（签名）：年月日目录摘要 (1)英文摘要. (2)1 引言 (3)1.1课题背景 (3)1.2温湿度对植物的影响 (3)2 系统总体方案设计 (3)2.1系统设计思路 (3)2.2硬件分项选择 (3)2.2.2 温湿度传感器的选择 (3)2.2.3 数据传输方案选择 (4)2.2.4 显示模块的选择 (4)2.3软件部分选择 (4)3 主芯片的硬件资源 (4)3.1单片机的概念 (4)3.1.1 STC12C5A60S2单片机的结构特点 (4)3.1.2 STC12C5A60S2的芯片引脚 (5)3.2STC12C5A60S2中断系统 (5)3.2.1 中断概念 (5)3.2.2 中断系统结构 (5)3.2.3 中断源 (5)3.2.4 中断的控制 (6)3.2.5 中断响应 (7)4 系统总体设计 (7)4.1系统总体设计电路图 (7)4.2单片机最小系统电路 (8)4.3温湿度采集电路与原理 (8)4.3.1 DHT11温度采集原理 (8)4.3.2 温湿度采集部分电路图 (8)4.4Z IG B EE协调器 (9)4.5显示电路 (10)5 系统设计 (10)5.1系统设计流程图 (11)5.2系统主函数软件设计 (11)5.3DHT11温湿度采集软件设计 (11)5.4Z IG B EE协议栈软件设计 (11)5.5诺基亚5110显示软件设计 (12)6 测试 (12)6.1分布测试 (12)6.2整体测试 (12)7 设计总结 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录A 系统实物图 (16)附录B 部分程序代码 (17)基于ZigBee无线传感器网络的温室大棚环境测控系统设计信息工程学院电子信息工程卫彬指导老师蒋军摘要：介绍了一种利用ZigbeeCC2530传输、STC12C5A60S2单片机、DHT11温湿度传感器、和诺基亚5110液晶显示器构成基于Zigbee的无线传感网络温室大棚测控系统，讨论了系统的硬件电路设计和软件编程，主要解决了利用STC12C5A60S2型单片机作为核心器件，利用ZigbeeCC2530作为传输介质、DHT11温湿度读取模块实时检测环境的温湿度和利用诺基亚5110显示屏显示实时温湿度的关键技术。

基于MSP430的温室大棚温度监测仪设计

３所示。
Ｒ１为ＮＴＣ温敏元件，结构简单，材料便宜，灵敏度高。Ｒ２为标称电阻。通过单片机的Ｐ８．０管脚给该电
路提供电源，在系统低功耗状态下时，该电路是不工作的。通过Ｒ１与Ｒ２组成的分压，实现了被测物理
量温度到电信号的转化，形成的可变电压送给单片
机的ＡＤ转换器的通道５，让单片机ＡＤ模块处理。Ａ５
０
图３系统程序功能流程图
图２传感器采集模块
系统启动后。首先进行系统初始化。包括ＩＯ口初始化、时钟初始化、其次是功能模块初始化，包括ＡＤ采集接口初始化、ＳＰＩ接口初始化、ＳＤ卡是否存在、ＬＣＤ初始化及清屏、按键功能初始化。在都正常的情况下，进入系统界面Ｌｏｇｏ显示。否则提示错误信息。最后进入主函数中，并进入低功耗待机模式。
２０１３年第３期
安徽电子信息职业技术学院学报
Ｎｏ－３２０１３
第１２卷（总第６６期）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＮＨＵＩＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬＣＯＬＬＥＧＥＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ＆ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＧｅｎｅｒａｌＮ０．６６Ｖ０１．１２

基于Zigbee技术的蔬菜大棚管理系统设计

现在我们生活在一个智能化的世界中，其中单片机等计算机技术是功不可没的一部分。单片机是单片微型计算机的简称，其功能强大、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点使其成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。它比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测控领域都有其身影。采用单片机来对农业大棚中的温湿度进行监测、控制等，不仅具有简单方便、控制性强和实时性高等优点，而且可以大幅度提高被控温湿度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量，而且单片机对温湿度的控制问题是一个工农业生产中经常会遇到的问题。因此，本课题围绕基于单片机的温室大棚控制系统展开了应用研究工作。
图2-2数据采集节点工作流程图
数据采集节点是定时的(默认设置成10S采集一次温湿度数据)采集数据，这个时间间隔是可以网络中的基站向温湿度传感器节点发送重新设置时间间隙的控制命令来完成设置的。PPP(Point-to-PointProtocol)协议是在设计和实现网络中基站节点功能所要用到的技术。PPP协议是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。传感器应用了其技术从而实现了数据的接力传送，从而提高了网络通信的效率[4]。
关键词：Zigbee；实时监控；无线通信；数据库；智能化
ManagingSystem of Greenhouses Based on Zigbee

基于Zigbee技术的温室大棚无线监测系统设计

∗基于Zigbee 技术的温室大棚无线监测系统设计郭翠玲,王㊀华(商丘职业技术学院机电工程系,河南商丘476000)摘㊀要:将Zigbee 技术与GSM 技术相结合,利用相关传感器特性,设计了一个对大规模温室大棚进行实时监测的系统㊂在每个大棚的一处或多处安装温/湿度㊁光照度㊁土壤PH 值㊁二氧化碳浓度以及红外报警等传感器,组建一个基于Zigbee 的无线传感器网络,该系统可以将大棚内多个传感器节点的数据通过GSM 网络与用户手机通信,实现远程实时监测控制㊂关键词:Zigbee 技术;GSM 技术;温室大棚;无线监测中图分类号:TN915.02㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1672-1047(2017)03-0117-04DOI :10.3969/j.issn.1672-1047.2017.03.31㊀㊀随着我国农业集约化管理的推进,互联网+作为创新2.0下的新业态,与人们的生活已经息息相关,随之而产生的智慧农业被提出㊂我国是一个农业大国,随着经济的增长,人们生活水平日益提高,对蔬菜需求量越来越大,农村大规模以上的温室大棚也逐渐增多,如果管理人员频繁出入于棚内就会加大传播病菌的机会㊁影响植物生长且不利于棚内保温,同时造成管理人员工作量加大,劳动成本提高,管理效率低.为了把管理人员从繁杂的劳动中解放出来,实现温室大棚管理的智能化,通过Zig-bee 无线传感技术对温室大棚内环境如温度㊁湿度㊁光照㊁防盗等进行实时在线监测,并对土壤的湿度㊁温度㊁酸碱度等进行实施数据分析,以达到无线监测控制的一种方式㊂Zigbee 技术是一种近距离无线通信技术.其传输距离在10~100m 范围内,在无障环境下可以达到150m.它是依据IEEE802.15.4标准,此技术采用无线电波将数据从节点传递给另一个节点,从而实现在多个节点之间相互协调通信,具有标准简单㊁组网容量大㊁自组网能力强㊁能耗低㊁价格低廉等特点㊂1㊀系统的结构和功能1.1㊀系统的整体架构系统方案架构如图1所示㊂该监控系统包括一个协调器网关节点和多个终端传感器节点.其中协调器网关节点包含Zigbee 协调器和GSM 模块两大部分,具有组网/维护的作用,使Zigbee 网络与终端传感器节点之间通过路由进行实时信息交换㊂并且协调器节点通过GSM 模块与用户手机相连接,实时传输各个温室大棚内传感器节点的监测数据到用户手机㊂并将采集到的大棚内各项信息并根据指令进行相应的动作控制㊂该系统各个应用层可以灵活确定其安全属性,整个网络的可靠性㊁安全性都比较高.系统的具体功能如下所述:1)终端传感器节点可以实现温室大棚内的环境信息采集和安全布防等.主要实现人体红外探测㊁土壤PH 值探测㊁环境温/湿度探测㊁光照度探测㊁二氧化碳检测和门磁探测等.协调器节点把从Zigbee 网络各终端获取的数据信息进行处理,并对信息异常情况做出相应的判断,通过GSM 模块即时发送报警信息至管理员手机㊂2)管理人员接到报警信息后,如能远程处理,㊃711㊃第19卷第3期2017年6月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黄冈职业技术学院学报Journal of Huanggang Polytechnic㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Vol.19No.3Jun.2017ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ∗收稿日期:2017-05-09㊀㊀㊀作者简介:郭翠玲,女,河南商丘人,工学硕士,讲师㊂研究方向:电子信息及网络自动化等方面的教学及研究㊂则通过手机发送控制指令,协调器节点通过GSM 模块接收指令后,把GSM 协议转换成Zigbee 协议,然后再由Zigbee 无线网络协调器将得到的用户指令发送给相应的终端,从而驱动相关继电器使其产生动作,比如关闭电源㊁水阀㊁窗户等,实现实时控制的功能㊂同时,管理人员也可随时通过手机来查询大棚内是否有人或门窗电源等状态信息,从而实现全天候远程监控㊂图1㊀系统架构图2㊀系统硬件设计2.1㊀Zigbee 协调器本系统的处理器采用的是CC2530芯片,它是Zigbee 协调器的一个核心部件.该芯片兼容IEEE802.15.4协议,是一种无线射频元件,它不但集成了2.4GHZ 的射频收发器,还内置了增强型工业标准的8051单片机㊁可编程FLASH 及RAM 等,而且还提供了一套外设集(包括2个USART㊁12位ADC 和21个通用GPIO).CC2530芯片能够非常方便地组建无线网络,实现节点之间信号的无线传输.该芯片内集成了相应的功能模块,其外围电路也比较简单,其RF 发送输出功率4.5dB,接收灵敏度为-97dB㊂图2㊀CC2530射频模块电路图㊀㊀本系统的RF 前端采用的是TI 公司集成度很高的CC2591射频芯片.其工作频率为2.4GHz,内部集成放大增益为+22dB 的功率放大器㊁低噪声放大器㊁平衡转换器㊁交换机㊁电感线圈及RF 匹配网络等.同时,还集成有SMA(Sub -Miniature -A 的简称)天线和倒F 天线相结合的方式接收/发送天线,其接收增益最高可以达到11dB ㊁噪声系数为4.8dB,该天线的具有较高的灵敏度,有效增加了该系统的覆盖范围.其电源模块采用的是外接电源和电池两种供电模式,以提高系统的可靠性㊂2.2㊀GSM 模块GSM 模块是Zigbee 协调器和用户手机之间能够建立无线通信的重要环节,以便用户手机发送和接收相关信息.本部分由TC35i 芯片及外围电路构成.其中TC35i 是一款双频(900/1800MHZ)集成模块㊂2.3㊀串口通信电路Zigbee 协调器与GSM 模块采用的是串口方式实现相互通信.该电路采用TTL 电平标准,并且将该电平通过SP3232芯片转换为RS232电平㊂该转换电路如图3所示㊂图3㊀串口转换电路图㊃811㊃第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀基于Zigbee 技术的温室大棚无线监测系统设计㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第19卷ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ㊀㊀2.4㊀终端传感器节点系统的各节点之间采用无线连接方式,每种类型终端传感器节点具有相互独立性,便于维修和安装,因此具有较好的灵活性以及扩展性.该系统主要通过人体红外探测㊁土壤PH值探测㊁环境温/湿度探测㊁光照度探测㊁二氧化碳浓度探测㊁门窗磁探测等实现相应的检测目的.所采用的相关传感器如下所述㊂1)人体红外传感器人体红外传感器的作用是监测温室大棚内是否有人出入.在工作时段,当监测到一段时间温室大棚内无人而门未关好时,发送信息通知管理人员前去查看是否忘记关门,也可与门磁传感器配合使用,实现远程关闭功能.在夜间,如监测到有人异常侵入,可发送报警信息.本系统采用的是普恩科技的RD-623型热释电红外传感器,它不仅可以探测到波长为7~14μm的红外线,而且具有较高的灵敏度和信噪比,稳定性好,其抗干扰能力较强.驱动电路是通过比较器和定时器转换为高低电平信号输出至CC2530的IO口㊂2)土壤PH值探测模块土壤PH探测模块主要用于检测采集大棚内土壤的性能状况,它在大棚作物种植中是非常重要的,以便于及时改进施肥类型.本系统采用鑫芯电子的X8W850-H1型无线土壤PH探测传感器,此种型号的传感器可以精确检测到土壤PH值的变化状态,有效提高管理人员的工作效率,以便提高作物产量㊂3)环境温/湿度探测模块环境温/湿度探测模块主要用来进行实时监测采集温室大棚内的环境温度和湿度,以便管理人员对其进行及时调节,达到良好的智能化控制效果,适应作物的生长需求.该系统的环境温/湿度探测模块采用的是物联网无线温/湿度传感器.该传感器采用无线数据传输,体积小,功耗低,内部采用2节5A电池供电,安装简单方便,可壁挂或放置在温室大棚内的任何位置㊂4)光照度探测传感器模块光照度探测传感器模块的作用主要时用于检测大棚内的光照强度,以便工作人员能够及时对适合农作物的光照需求做出正确的判断并对其进行适当的调整㊂该系统采用ST-GZ型光照度传感器,它采用了具有较高灵敏度的感光探测器,并配合高精度线性放大电路,具有多种光照测量范围和信号输出类型的传感器,其准确度可达ʃ3%FS,通电后1秒可达到稳定状态,响应时间小于1秒,其连接电缆的规格一般时2米3线制和2米4线制(RS485)两种类型可供选择㊂5)二氧化碳浓度探测模块二氧化碳探测模块是用来检测大棚内二氧化碳的浓度,其值的大小影响农作物的光合作用等,配合光照度探测模块使用,有助于作物的健康生长㊂该系统采用ST-CO2型二氧化碳传感器,它利用非色散红外(NDIR)的原理对空气中存在的CO2进行探测,将成熟的红外吸收气体检测技术与精密光路设计㊁精良电路设计紧密结合,并且内置温度传感器,可进行温度补偿,具有良好选择性,无氧气依赖性,使用寿命长㊂具有灵敏度高㊁分辨率高的特点,且功耗低㊁响应时间快㊁稳定性好等特点㊂6)门磁传感器模块门磁传感器模块的作用是用于检测温室大棚门窗的开关状态.该系统采用的是MC-38型门磁传感器,它的无线发射模块一侧有2根导线,一根导线连接3.3V的电源,另一根导线连接CC2530的IO输入口.当大棚的门关闭时,门磁开关断开,输入为低电平;当大棚的门打开时,门磁开关导通,输入高电平,CC2530通过判断输入电平的高低即可获取门的开关状态并控制门磁开关,实现远距离控制㊂3㊀系统软件设计3.1㊀协调器网关节点协调器网关节点的作用是组建一个Zigbee网络,通过该网络来实现各传感器节点与协调器和用户端之间的数据通信.当协调器节点上电之后,首先进行硬件的初始化,然后再进行信道扫描,寻找空闲信道,通过这一过程生成一个新的网络号,产生一个基于Zigbee的无线网络环境.随后再进行合法节点检测,如果有合法节点则等待该节点加入网络,随后网关开始等待相应的节点消息,满足阈㊃911㊃第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀基于Zigbee技术的温室大棚无线监测系统设计㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第19卷ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ值条件则进行相应的动作,否则处于保持状态,这样就可以实时监测并获得终端传感器节点采集的各项数据,并将数据通GSM 模块发送至用户手机,同时也可以接收来自用户的操作命令.协调器网关节点的工作流程图如图4所示㊂图4㊀协调器工作流程图3.2㊀终端节点软件设计图5㊀终端传感器节点工作流程图本系统中包含有多个不同功能的Zigbee 终端传感器节点模块,其主要功能是负责将不同传感器节点采集到的数据上传到协调器至用户手机,或执行用户手机经协调器下达的命令,控制相应的联动设备.对于无线网络通信部分,终端传感器节点的程序实现基本一致,区别是加入的休眠和定时模块,采用定时执行任务进行数据采集的方式,这样可以减少终端传感器节的耗电量,其流程图如图5所示㊂4㊀结束语随着农业集约化管理生产的推进,智慧农业开始被提出并越来越受到重视,随之而产生的各种远程监测控制的需求也越来越明显㊂因此,本文是基于Zigbee 技术的组网模式,通过对人体红外探测㊁土壤PH 值探测㊁环境温湿度探测㊁光照度探测㊁二氧化碳浓度探测㊁门磁等参数的检测,实现温室大棚的无线监测,可以让管理人员不必频繁进入大棚的情况下,实现远程监测,使管理人员在不需要进入就能够及时了解大棚内的各种情况,实现了温室大棚的全天候远程监控,具有一定的实际应用价值和经济价值.文中不足之处有待进一步改进㊂参考文献:[1]郭小丹.基于物联网技术的高校实验室安防监测系统[J ].实验室研究与探索,2014,33(4):281-285.[2]彭龑,何展,钟文.基于ZigBee 的实验室安全监控系统[J ].实验室科学,2015,18(1):68-71.[责任编辑:倪祥明]Greenhouses Wireless Monitoring System Design Based on Zigbee TechnologyGuo Cuiling ,Wang Hua(Shangqiu Polytechnic College ,Shangqiu 476000Henan )Abstract :In this paper,Zigbee technology is combined with GSM technology,and a system for real -time monitoring of large -scale greenhouses is designed based on the characteristics of relevant sensors.In one or more places of each greenhouse,tempera-ture,humidity,soil pH monitoring and Infrared alarm and other sensors to form a Zigbee -based wireless sensor network,the system can be a number of sensor nodes in the greenhouse through the GSM network and the user's mobile phone communications,remote real -time monitoring and control.Key words :Zigbee technology;GSM technology;Greenhouses;Wireless sensor㊃021㊃第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀基于Zigbee 技术的温室大棚无线监测系统设计㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第19卷ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ。

基于msp430的温室大棚温度远程监控系统

2012年5月农机化研究第5期基于M SP430的温室大棚温度远程监控系统赵方1，吴必瑞2，卢青波h3(1．郑州职业技术学院电气电子工程系，郑州450121；2．宁德师范学院物理与电气工程系。

福建宁德352100；3．太原科技大学，太原030024)摘要：研制了一种温室大棚的温度远程监控系统，系统以M sP430F149为控制终端的核心控制器，采用D s l8820作为温度传感器，利用G SM通信网络传输温度、故障等信息至农户手机或监控中心上位机。

同时，详细阐述了系统温度采集、控制终端系统、G sM短信息系统和上位机监控系统等硬件设计思想。

试验样机在某农户的蔬菜大棚中进行了试验，结果表明：系统能很好地完成温度控制、故障报警、G SM短信息传输功能，具有操作简单、智能化和人机界面友好等特点，在农业领域有良好的推广价值和应用前景。

关键词：温室大棚；温度远程监控；M SP430F149；G s M；PC机监控中图分类号：s625．5+1文献标识码：A文章编号：1003—188×(2012105一们82—060引言近年来，全国都在想方设法增加农民收入，而大棚蔬菜生产已成为增加农民收入的有效途径，目前我国温室大棚总面积占全球的80％，而温室大棚管理的一个重要因素就是温度的控制。

将温室大棚的温度控制在适合蔬菜生长的范围内是大棚种植的关键，温度太低，会使大棚内蔬菜停止生长甚至冻死；温度太高也会使蔬菜的生长受到影响，并且不同蔬菜品种及其不同生长期所需要的温度也不同且要求稳定在一定的温度范围内。

经多方实地考察，目前温室大棚的温度控制基本都是在大棚内装设温度计，人工不断检查温度计，根据温度计的温度人工去启动加热设备或制冷设备。

这种仅靠人工控制的方法既耗人力，又容易出错。

因此，要求有一种能对温室温度的检测具有足够精度和实时控制的远程温度控制系统来代替人工操作，从而实现农业生产的智能化和现代化。

随着G sM通信网络的大面积普及以及单片机控制技术的发展，对温室大棚温度的实时远程监控已成为可能，本文采用智能控制技术、单片机和检测技术、G sM短信息技术和R S232串行通信技术及V c++技术等研制了基于M SP430F149单片机的温室温度远程监控及实时控制系统。

基于Zigbee的温室远程监控系统设计

自技应用０２第３卷期动化术与２１年１第２
物联网技术
ＴｈｎｓｏｎｅｒｅｉｆｆＩｔｎｔｌ
基于Ｚｉｅｂｅ的温室远程监控系统设计ｇ
张猛，俊龙房
（东北农业大学工程学院，龙江哈尔滨１０３）黑００５
ｍｅｓｒｍｅｔａｄｃｎｒｌｉｔｇａｉｎ．ａｕｅｎｎｏｔｏｎｅｒｔｏＴｈｅｅｉｏｍｅｔｆｃｏｓｉｃｕｉｇｌｇｔｎｅｓｔｔｍｐｒｔｒｎｕｄｔ，ｎｖｒｎｎａｔｒ，ｎｌｄｎｉｈｔｎｉｉｙ，ｅｅａｕｅａｄｈｍｉｉｙａｅｍｏｔｒｄｉｅｌｔｅａｈａｉ，ｓｌｎｉａｖｓａｄｆｎｒｌｏｃｎｒｌｅｎｒａ —ｉ．Ｏｎｓｔｎｒｎｉｏｅｎｒａ — ｉ，ｔｔｅｓｍｅｔｍｅｏｅｏｄｖｌｅｎａｓａｅａｓｏｔｏｌｄｉｅｌｔｍｅｍ — ｉｅａｄ
，
．
室管理的复杂性，当种植作物更替时，电子装置与线缆
随着人民生活水平的提高，们对反季节新鲜蔬菜人
往往需要重新布置，接增加了温室的建设投资成本与直
ｒｍｏｅｈｏｔｃｍｐｔｒｓｔｍｓｗｈｉｈｕｅｏｅｔｓｏｕｅｙｓｅｃｓｓｃｍｍｕｉａｉｎｇｔｗａｒｅｉｎｄａｄｒｍｏｅｍｏｉｏｓｒａｉｅｉｎｃｔｏａｅｙａｅｄｓｇｅｎｅｔｎｔｒｉｅｌｚｄｖａＩｔｒｔＴｈｅｒａ — ｉｅｃｎｉｉｎｏｒｅｈｕｓａｅｍｏｎｔｒｄｗｉｈｎｔｒａｅａＴｈｒｃｉａｐｒｔｏｎｅｎｅ．ｅｌｔｍｏｄｔｏｆｇｅｎｏｅｃｎｂｉｏｅｔｅｗｏｋｃｍｒ．ｅｐａｔｃｌｏｅａｉｎ

基于ZigBee网络的温室大棚环境监测系统设计（2）

基于ZigBee网络的温室大棚环境监测系统设计（2）基于ZigBee网络的温室大棚环境监测系统设计【主题词】单片机、ZigBee协议- CC2240芯片、无线接收与发送、农业环境监测【立论（包括项目的研究意义及国内外现状分析）】【项目的研究意义】信息技术是研究信息的生产、采集、存储、变换、传递、处理过程及广泛利用的新兴科技领域。

信息技术的突破性进展将为农业科技革命和农业飞跃发展带来契机。

20世纪90年代初以来发达国家将电子信息高新技术应用于农业可持续发展。

农作物的生长受到自然条件的影响，如光照、CO2浓度等，要实现精准农业，必须建立一个实用、可靠、可长期监测的农业环境监测系统。

在农业领域里，数据采集大多数是在广阔的空间里进行的，数据源离目的地相对较远。

无线传感器网络由低功耗微小网络节点通过自组织方式构成无线通信网络，它不需要固定的通信基础架构支持，能够通过密集的节点布置，协作实时监测和采集网络分布区域内的各种微观农业环境信息，整个网络则负责将各个节点收集的数据传递给一个称为汇聚节点的网关，由网关交给终端用户，后者既可以对接收的数据进行分析处理，也可以通过发送指令去改变传感器的行为。

因此，为顺应农业现代化的发展趋势，本小组设计了基于无线传感器网络的农业环境监测系统，实现了农业目标测量区内信息采集节点的自动部署、数据自组织传输，实现了对影响作物产量的环境因素，包括温湿度、土壤温湿度、土壤PH值、光照强度以及温室CO2浓度的远程、实时监测。

【国内外现状分析】在世界农业信息化发展进程中，美国、德国、法国、澳大利亚和日本等国处于领先地位，印度、韩国等发展中国家虽然起步较晚，但发展速度很快，这些国家根据本国的实际情况因地制宜地开展农业信息化建设，并形成了自己的特色。

在国内已建成农业科研项目计算机管理系统（ARICMS），中国农业文献数据库，中国农业科技成果库，中国农业研究项目数据库，农业实用技术数据库等。

使农户只要有一台微机终端，通过网络就能够及时获得农业法规、农业政策、市场行情、产品销售等信息，合理地进行农资购置与产品销售，促进农村市场繁荣和经济增长。

基于MSP430微处理器的低功耗无线传感器网络节点设计

数据传输单元和电源管理单元等功能模块组成。数据
采集单元负责采集监视区域的信息并完成数据转换．
采集的信息包含温度、度、强度、湿光加速度和大气压力等：数据处理单元负责控制整个节点的处理操作、路
由协议、步定位、耗管理以及任务管理等；据传同功数
并且这些时钟可以在指令的控制下打开和关闭．从而
低总功耗），进一步彰显其低功耗的优势。
该系列ＭＵ强大的硬件支持完全可以满足复杂Ｃ的无线网络协议或Ｚｇｅ协议的要求芯片集成的ｉｅＢ
从而达到提高无线传感器网络的稳定性和可靠性．长网络生命周期的目的。延
关键词：无线传感器网络；Ｓ４０；ＣＣ２２ＭＰ３４０
０引言
随着自动化水平的提高，对例如温度、湿度等数据采集的实时性、高效率和低耗能要耗的控制。
Ｆａｈ存储器支持在线编程和仿真．ｌｓ具有较强的数据处
理能力，内外设多样ＭＳ４０系列ＭＣ集成有完片Ｐ３Ｕ
需要一种能够自动采集、处理并能够无线传送数据系统同时此系统还需要长期稳定工作，以节省使用和维护成本因此．开发一种低功耗并且能够无线传输数据的数据采集处理系统具有重要的现实意义。无线传感

基于MSP430和ZigBee的跟日运动控制系统设计

2018年第46卷第8期D驱动控制rive and control 许　芬等　基于MSP430和ZigBee的跟日运动控制系统设计79　收稿日期:2017-11-22基于MSP430和ZigBee 的跟日运动控制系统设计许　芬,梁雪辉,吴正旺(北方工业大学,北京100144)摘　要:以MSP430F5438A 处理器为核心,采用步进电动机加齿轮传动机构实现方位-俯仰方式的智能跟日运动控制系统㊂系统采用时控法跟踪太阳运动并把室外太阳光反射到窗户朝北的居室内,以改善居室温度㊂运动控制器同时嵌入了ZigBee 无线通信模块㊂通过ZigBee 无线网络以及云端服务器,用户可以在远程利用手机或电脑等智能终端对定日镜的工作模式㊁姿态角㊁运行状态等进行监测和管理㊂该控制器具有成本低㊁功耗小㊁跟踪稳定等优点,可以广泛应用于塔式太阳能光热发电站㊁太阳炉㊁跟踪光伏等太阳能利用项目㊂关键词:单片机;太阳跟踪系统;步进电动机;ZigBee中图分类号:TM351;TM464 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2018)08-0079-05Design of a Sun-Tracking Motion Control System Based on MSP430and ZigBeeXU Fen ,LIANG Xue⁃hui ,WU Zheng⁃wang(North China University of Technology,Beijing 100144,China)Abstract :With MSP430F5438A as the core processor and two stepper motors as the electrical drives,an intelligentsun-tracking motion control system was designed and implemented.The time-based sun-tracking method was adopted as motion system to follow the sun and automatically reflect sun-light into a specified indoor room.The controller supports Zig⁃Bee wireless communication.With ZigBee network and a remote data server,users can manage and monitor the working mode,orientation angles,health status of the sun-tracking system via a mobile phone or a computer in remote.This sun-tracker controller has the benefits of low cost,low power consumption and high stability,applicable for use in small-scalecentral solar power station,sun-heated furnace,photovoltaic power station and other solar-energy applications.Key words :micro-controller;sun-tracking system;stepper motor;ZigBee0　引　言太阳能是一种清洁㊁丰富的能源㊂近年来随着空气污染的加重,人们对传统化石能源的环境危害性有了更加切身的体会和更高程度的认识㊂这种观念上的改变使市场对清洁能源的需求不断增长㊂过去十年里,在政策引导下,中国民间对于光伏发电㊁光热发电㊁风光热互补发电等新能源发电站的建设呈现出蓬勃的热情㊂我国目前是全球光伏发电装机容量最大的国家㊂根据国家能源局的统计数据,截至2015年,我国光伏总装机容量已达到43.18GW,其中光伏电站装机37.12GW,分布式电站装机6.06GW,年发电392×108kW㊃h,占全国发电量的0.7%㊂近年来,随着政府补贴的压力增大,提高光伏效率㊁降低光伏度电成本正在成为行业共识,跟踪式光伏发电开始在国内兴起㊂与光伏发电不同,太阳能热发电则是采用跟日反光装置(定日镜)把太阳光聚集到吸热器上然后进行发电㊂十二五”期间在国家863项目支持下,由中科院电工所牵头建设的我国第一个兆瓦级太阳能光热示范电站于2012年8月在延庆八达岭成功发电㊂2013年9月,中控公司在青海德令哈建设的10MW 太阳能热发电站并网发电㊂2015年,国家能源局提出了到2020年底实现太阳能热发电总装机容量达到10GW,太阳能热利用集热面积保有量达到8×108m 2的目标,太阳能热发电开始进入发展热潮㊂不管是光伏发电㊁光热发电,或者其他太阳能热利用项目,光利用效率决定了太阳能发电系统的能效,进而决定了太阳能发电系统的单位成本㊂采用双轴跟踪方式的反光镜可以保证采光面一直接收直射的太阳光,从而提高入射的太阳能量密度,提高系统光热利用效率㊂双轴跟日运动控制方式主要有方位-俯仰运动方式和自旋-仰角运动方式[1]㊂方位-俯仰运动方式利用垂直地面的立轴和水平方向的俯仰轴运动改变镜架的方位角和俯仰角,实现对太阳的跟踪㊂自旋-仰角方式通过镜面的自旋和镜架的仰角变化改变定日镜的法线方向实现对太阳的跟踪㊂自旋-仰角方式具有弧矢方向和子午方向成像距离始终保持一致的优点,但由于此种运动方式实现起来相对复杂,目前应用并不多㊂跟日方式有基于光电传感器的光控法和基于视 D驱动控制rive and control 2018年第46卷第8期许　芬等　基于MSP430和ZigBee 的跟日运动控制系统设计 80　日运动轨迹的时控法㊂时控法是根据天文公式计算出太阳每个时刻在地平坐标系下的精确位置然后调整跟日机械装置的姿态使之追随太阳运动㊂光控法则是利用光电传感器(光伏电池板,光敏电阻,光电二极管等)检测太阳的相对位置然后调整机械装置跟踪太阳㊂相比于时控法,光控法容易受到天气㊁浮云㊁飞鸟等外界干扰,而且成本相对较高,所以在实际应用中一直受到限制㊂郭铁铮等研制了基于TMS320F2810的定日镜跟踪控制系统[2]㊂定日镜运动系统由2台异步交流伺服电机和减速机组成㊂控制系统采用开-闭环相结合的模式对定日镜的运动系统进行控制,即开环控制系统计算出定日镜高度角和方位角位置,然后根据传感器对定日镜姿态进行闭环调节㊂该跟踪控制系统跟踪精度可以达到3.5×10-3rad,但是整个运动控制系统结构比较复杂,成本比较高㊂北京延庆太阳能热发电实验电站采用主从PLC的方式进行定日镜跟踪控制㊂主PLC根据时间和天文公式计算出当前时刻各个位置定日镜要达到的方位角和高度角,并通过现场总线下发到从PLC,然后通过变频器和交流伺服电机实现定日镜的运动控制[3]㊂刘琨等介绍了一种基于TMS320F2801处理器和光伏电池板的自主供电式小型定日镜系统设计[4]㊂西班牙亚塞尔维亚大学与Solucar公司合作研制的MEMS太阳跟踪器采用太阳光传感器和Bang Bang 控制对定日镜进行闭环控制㊂当有直射太阳光时,如果误差信号幅值大于一个设定阈值,就起动电机转动;如果误差信号小于阈值,电机就停转;当太阳被遮挡时,系统则进入开环模式[5]㊂1　太阳位置计算日地之间的位置参数可以通过数值模拟法或理论展开式法来计算,其中理论展开式法精度更高[9]㊂本系统采用理论展开式法计算太阳的赤纬角,然后根据太阳赤纬角㊁跟日系统所在纬度及跟踪时间求出太阳的方位角和高度角㊂太阳赤纬角是地球赤道所在平面与太阳地球中心连线之间的夹角㊂由于日地相对位置变化,赤纬角每年在+23°27′与-23°27′的范围内变化㊂每年夏至赤纬角达到最大值+23°27′,该日中午太阳位于地球北回归线正上空,随后赤纬角逐渐减小,至秋分日赤纬角变为0,到了冬至12月21日赤纬角达到最小值-23°27′㊂赤纬角的计算公式如下:δ=23.45°sin360(284+n)365(1) 以地球上一点建立地平坐标系,在此坐标系下,太阳的高度角和方位角可以根据天球赤道坐标系的太阳赤纬角δ和时间角ω来计算:cosβs=sinδcosφ-cosδcosωsinφcos h ssin h s=sinφsinδ+cosφcosδcos}ω(2)式中:h s是太阳的高度角;βs是太阳的方位角;δ是赤纬角;φ是纬度;ω是时间角㊂以定日镜顶点为原点,以天顶为Z轴,建立地平坐标系OXYZ㊂假设靶标相对于定日镜中心点的方位角是βt,高度角是h t,θ是太阳入射角,根据反射定律及夹角余弦公式,可以推导得到定日镜的法线方位角βn和高度角h n的计算公式[6]㊂sin h n=sinδsinφ+cosδcosφcosω+sin h t2cosθsinβn=cosδsinω+cos h t sinβt2cosθcos hüþýïïïïn(3) 2　跟日系统设计双轴跟日系统包括水平方向转动轴和俯仰方向转动轴,两转动轴分别采用步进电动机加齿轮传动来带动㊂定日镜的框架采用方钢制成,尺寸为1.5m×1.5m,整个架子质量约为30kg㊂为了减小系统成本,控制部分采用单片机MSP430F5438A作为控制器,通过两相全数字式细分驱动器驱动2台步进电动机实现定日镜的方位角和俯仰角调整㊂根据仿真计算,水平方向的运动范围小于150°,俯仰方向的运动范围小于50°㊂图1是自动跟日镜架的三维机械模型图㊂图1　跟日反射系统CAD模型2.1　控制系统总体方案为了兼顾可靠性和自动性,双轴跟日控制系统采用独立自动控制加网络监控的方案㊂控制节点内置自动跟日程序,可以按照程序设定每日自动跟踪太阳运动㊂该节点同时具有ZigBee通信模块,可以通过无线传感网络和远程的云服务器相联㊂应用工程师或普通用户可以通过远程智能终端(比如智能手机)对控制节点进行访问,完成参数设置,或者进行时间修正㊁姿态校准㊁系统复位等操作㊂整个控制系统由3部分构成,分别是跟日控制节点㊁支持Zig⁃Bee的互联网网关和云服务器上的网络服务程序, 2018年第46卷第8期 D驱动控制rive and control 许　芬等　基于MSP430和ZigBee 的跟日运动控制系统设计81　系统架构如图2所示㊂图2　控制系统总体设计2.2　步进电动机选型从方便控制和降低成本的角度出发,系统选用了两相混合式步进电动机㊂跟日运动系统的水平运动方向阻尼较大,需要较高的输出力矩㊂86步进电动机的输出保持力矩为根据力矩估算,选用86步进电动机加100倍比的齿轮传动系统来带动㊂俯仰方向的阻尼和力臂较小,采用57电机加一个50倍比的齿轮传动系统进行运动㊂2台步进电动机均可以采用微步距方式进行控制,其中最小细分步数可以达到51200步,对应的角度为0.007°㊂2.3　控制节点设计具有ZigBee 通信能力的控制节点完成对跟日反光镜架的跟踪控制任务㊂控制节点采用型号为MSP430F5438A 的处理器,包括单片机最小系统,ZigBee 无线通信模块,步进电动机接口电路,限位开关接口电路,供电电路等,如图3所示㊂图3　控制节点设计2.3.1　单片机系统主处理器是16位单片机MSP430F5438A㊂MSP430F5438的系统主时钟为25MHz㊂片内包含256kB FLASH,16kB SRAM,还带有4个串口,4个SPI,4个定时器,一个12位A /D 转换器,一个RTC 实时时钟,及多达87个I /O 口㊂MSP430的供电电压是3.3V㊂为了方便程序BLS 烧写,主控板扩展了一个USB 接口,通过USB 芯片CH340T,实现从USB 输入到串口的转换㊂2.3.2　电机驱动电路跟日系统的2个轴都用步进电动机带动㊂选用的驱动器为带有细分功能的两相混合式步进电动机数字驱动器,微步细分最大可以达到51200步/转㊂单片机向驱动器输出一定频率的脉冲,由驱动器来控制电机的使能㊁转动方向和控制脉冲㊂电机驱动器采取共阳接线法,用74HT04D 芯片进行电平转换㊂2.3.3　霍尔开关接口电路选用欧姆龙的霍尔开关TL-Q5MC1-Z 作为2个运动轴的限位开关㊂当2个运动轴达到限定位置时,霍尔开关输出变为低电平,根据霍尔开关的输出信号,单片机停止电机运行,并把转动轴的当前位置作为初始角度位置㊂霍尔开关的供电电压和输出信号都是12V,需要把12V 转换为5V 以便与单片机接口㊂接口板采用了LM317稳压芯片搭配片外电阻来实现电压转换㊂2.3.4　供电电路本文的运动控制系统涉及2台步进电动机的控制,采用的驱动器供电电压范围为DC 24~40V,最大工作电流为6A㊂由于不需要进行轨迹控制,所以2个运动轴一般不同时运动㊂另外用于限位的霍尔开关采用12V 直流供电,单片机5V 供电㊂系统选用24V,350W 开关电源给电机驱动器供电,开关电源输出的电压通过一个12V 的稳压管和一个5V 的稳压管再输出12V 电压和5V 电压,分别给霍尔开关和单片机电路供电㊂3　软件设计整个跟日运动控制系统软件包括3个部分:嵌入式控制器节点程序,ZigBee 网关程序,云服务器上的WEB 服务器程序及网页界面设计㊂系统的软件框架如图4所示㊂图4　系统软件框图控制器采用MSP430F5438A 作为处理器,并嵌有ZigBee 通信模块,可以看成是ZigBee 网络的一个控制节点㊂控制节点程序的主要功能包括单片机的初始化㊁事件管理㊁太阳跟踪算法㊁时间管理㊁跟日系统校准㊁步进电动机控制㊁数据通信等㊂ZigBee 网关程序主要包括ZigBee 网络与云服务器之间的数据传递㊁数据转换㊁数据处理㊁ZigBee 节点之间通信等㊂云服务器上的软件则包括Web 服务器㊁数据库㊁数据库应用管理程序和动态网页界面程序㊂D驱动控制rive and control 2018年第46卷第8期许　芬等　基于MSP430和ZigBee 的跟日运动控制系统设计82　3.1　控制节点程序控制节点的软件包括单片机资源管理㊁时间管理㊁跟日位置计算㊁跟日系统校准㊁霍尔开关状态检测㊁步进电动机控制等模块㊂控制节点主程序流程图,如图5所示㊂图5　控制节点主程序流程图单片机上电之后,通过中断程序对系统的实时时钟和跟日反射装置的经纬度进行设置㊂在WEB 客户端上通过互联网获取当前时间,同时读入当前跟日反射装置的经纬度,目标靶位的高度角和方位角等[7]㊂用户输入数据按照一定格式保存到数据库的表格里㊂ZigBee 网关从数据库中获取数据并判断数据是否有效,如果有效则把数据转为16进制发送给控制节点,然后控制节点根据这些参数进行计算,利用式(2)计算出当前时间太阳的高度角和方位角[7],并根据式(3)计算出跟日反射装置的目标姿态角,通过PWM 输出控制步进电动机转动,使反光镜姿态达到目标角度,把太阳光线反射到指定的靶标位置㊂考虑到太阳的移动比较慢,跟日运动系统的控制周期设置为60s,即每隔60s 调整一次定日镜的姿态角度㊂跟日系统的默认工作模式是早上8点自动进入跟踪模式,下午5点结束跟踪回到初始零位㊂回到初始零位后,控制节点进入低功耗工作模式,即睡眠状态㊂由于系统具有ZigBee 无线通信功能,而且与云服务器相联,跟日系统也可以根据本地天气情况对工作模式及工作时间进行智能控制,比如当天气预报有雨时,系统不进行跟踪,或有大风预警时,则自动停止跟踪回到零位状态㊂此外,在自动跟踪过程中如果反光镜的跟日误差增大,可以调用校准程序对跟日系统的姿态角进行修正,减小跟踪误差㊂3.2　网络控制程序除了自动跟踪模式外,系统也允许用户通过WEB 进行网络控制㊂网络控制程序通过串口中断来实现㊂当控制节点的串口接收到数据后自动进入中断,然后根据接收到的数据对电机进行控制,从而达到网络控制定日镜角度的目的㊂中断响应程序流程如图6所示㊂图6　中断响应程序流程图控制节点的串口通信波特率设为2400bit /s,每10ms 发送1Byte,共22Byte [7]㊂数据发送格式如表1所示㊂表1　串口数据发送格式[7]数据名称数据参数起始位0xaa水平方向电机转动方向1Byte(0正转,1反转)垂直方向电机转动方向1Byte (0正转,1反转)水平方向电机转动步数2Bytes 垂直方向电机转动步数2Bytes 年2Bytes 月1Byte 日1Byte 星期几1Byte 时1Byte 分1Byte 秒1Byte 目标高度角2Bytes 目标方位角2Bytes 校验位2Bytes 结束位Oxff3.3　ZigBee 通信无线通信采用CC2530+ZigBee 协议栈实现㊂ZigBee 通信协议目前已成为无线传感网络应用中的事实标准㊂ZigBee 室外通信距离可以达到1km 以上㊂控制节点和ZigBee 网关节点,通过ZigBee 进行通信㊂ZigBee 网关节点与云服务器之间采用TCP /IP 协议进行数据传输㊂云服务器上安装了MySQL 2018年第46卷第8期 D驱动控制rive and control 许　芬等　基于MSP430和ZigBee 的跟日运动控制系统设计83　数据库以及相应的数据库管理程序,并向节点开放远程访问接口㊂ZigBee 网关节点连接远程数据库,将WEB 客户端的输入数据从数据库中提取出来,进行转换,再利用Python 中的PySerial 模块将数据通过串口转ZigBee 模块发送给跟日控制节点,完成WEB 客户端对定日镜的远程控制㊂4　实验和运行为了实现远程控制,我们在腾讯云上申请了服务器账号,包含1GB 的内存和8GB 的硬盘,1Mbps 的互联网带宽㊂在服务器上搭建了相应的程序㊂服务器端安装了Python,MySQL,PHP,Apache,Ubuntu Server 等程序㊂ZigBee 网关节点采用Python 语言开发,用到MySQL 的db,serial,time 和binascii 4个模块,这4个模块的功能是数据库查询,串口通信,延时和二进制及ASCII 码转换㊂步进电动机细分6400步/圈,即0.0563度/步,脉冲输出频率可以根据控制要求进行设置㊂自动跟踪时的脉冲输出频率为66kHz,在复位和校准时,脉冲输出频率提高到500kHz㊂由于采用时控法,时间精度对太阳位置计算影响很大㊂采用网络控制,每次输入的时间都来自经过校准的互联网时间,时间精度得到保证㊂控制节点及跟日反光镜如图7所示㊂(a)控制节点 (b)跟日镜图7　控制节点和跟日镜跟日装置安装在校园内一个教学楼的五层阳台上,自动跟踪系统把太阳光反射到对面一座教学楼的一个北向房间的窗户上,如图8所示,以改善居室图8　定日镜跟日反射光斑内的采光和温度状况㊂在实际应用中,也可以根据天气状况对定日镜进行自动起停和保护控制㊂在网络管理应用程序中通过调用天气网站对外开放的API 接口,可以获得更多天文与环境信息,比如温度㊁湿度㊁风力㊁风速㊁空气质量(CO,CO 2,PM10和PM2.5)等情况,然后在应用程序中设定跟日系统,可以自动跟踪天气条件,如果天气达不到要求条件时,反光镜回到原位并停止跟踪㊂5　结　语随着绿色㊁可持续发展理念的推广,可再生能源的应用正在变得越来越广泛㊂太阳能作为自然界赋予人类的一种丰富的绿色能源,已经在太阳能发电㊁海水淡化㊁建筑取暖㊁交通动力㊁照明㊁炉灶等多个领域取得应用㊂智能反光装置根据太阳位置自动调整姿态并把太阳光反射进入背阳的阴面房间,达到改善居室采光及提高温度的目的㊂当用户不需要太阳光照明时,可以通过手机登陆云服务器关闭系统,或者让跟日系统把太阳光反射到其他位置,符合节能和绿色发展的理念㊂本文基于单片机和步进电动机的跟日运动控制系统,结合了ZigBee 和网络远程控制技术,具有成本低㊁应用方便的优点,可以应用于分布式光伏发电㊁太阳能热发电㊁太阳能照明㊁太阳能炉灶等领域,具有较好的推广应用价值㊂参考文献[1]　CHEN Y T,KRIBUS A,LIM B H,et parison of two suntracking methods in the application of a heliostat field[J].Trans⁃actions of ASME Journal of Solar Energy Engineering,2004,126(1):638-644.[2]　郭铁铮刘德有,钱艳平,等.基于DSP 的定日镜跟踪控制系统研究[J].太阳能学报,2010,31(1):5-11.[3]　LIANG W F,WANG Z F.Research on tracking precision of the he⁃liostat [C]//20th World Congress on Solar Energy.2008:1764-1767.[4]　刘琨,邹琴梅,胡玉超,等.塔式太阳能热发电自主式定日镜系统设计[J].北京工业大学学报,2014,40(7):1073-1078.[5]　QUERO J M,ARACIL C,FRANQUELO L Get al.Tracking controlsystem using an incident radiation angle micro-sensor[J].IEEE.Trans.On Industrial Electronics,2007,54(2):1207-1215.[6]　许芬.塔式太阳能定日镜聚光成像建模及仿真[J].太阳能学报,2010,31(10):1304-1309.[7]　梁雪辉,面向云服务器的智能家居远程监控系统设计与实现[D].北京:北方工业大学,2017.作者简介:许芬(1970 ),博士,研究方向为光电检测㊁机器视觉㊂。

基于Zigbee无线网络智能温室控制系统的设计

基于Zigbee无线网络智能温室控制系统的设计作者：任冬冬胡斌王玉超傅振涛黄萌来源：《科技视界》2017年第29期【摘要】本文设计了一个基于ZigBee无线网络的单片机智能温室控制系统，本智能系统可通过各种传感器实时监测温室环境内各类环境因子（包括温度、湿度、光照强度、CO2浓度等），并将其数据通过Zigbee无线网络传输至控制系统单片机，由无线网络将控制系统发出指令传送至相应的执行机构，实时调节温室环境，保证温室永远处于一个对农作物最为有利的生长环境。

本系统很好的解决了实时数据监测的问题，改变了过去只靠操作人员通过观察作物生长状态而进行测报的相对落后状态，对生产作物进行即时的自动监测，促进生产资源集约高效利用，从而能够大幅度提高的农业生产力。

【关键词】无线网络；ZigBee；智能温室；无线传输中图分类号： TP277 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）29-0045-002【Abstract】In this paper，we design a SCM intelligent greenhouse control system based on ZigBee wireless network.The intelligent system can monitor various environmental factors （including temperature，humidity，light intensity，CO2 concentration，etc.） in the greenhouse environment in real time through various sensors The data is transmitted to the control system microcontroller through the Zigbee wireless network，and the control system sends instructions to the corresponding implementing agencies by the wireless network to adjust the greenhouse environment in real time to ensure that the greenhouse is always in the most favorable growth environment for the crops.The system is a good solution to the real-time data monitoring problems，changing the past by observing the growth of crops by the operator state of the relatively backward state of the newspaper，the production of crops for real-time automatic monitoring， and promote the efficient use of productive resources and thus Can greatly improve the agricultural productivity.【Key words】Wireless network；ZigBee；Smart greenhouse；Wireless transmission0 引言近年来，农业作为国家优先发展产业正受到各级政府的高度重视，增加亿万农民收入是我们国家当前的基本国策，农业现代化是我们追求的目标，基于计算机和自动化技术的智能温室是农业现代化的一个重要方面。

基于 ZigBee 技术的低功耗温室监测系统设计

基于 ZigBee 技术的低功耗温室监测系统设计谭石坚;董明利;寿国梁【摘要】针对温室无线监测系统中电池供电节点生存周期短导致传感网失效等缺陷，提出了应用于温室监测的低功耗无线监测系统设计方案。

通过对传感器节点各部分进行能耗分析，结合温室应用的特点，对节点软硬件系统进行低功耗设计。

硬件上对元器件选型进行综合考虑，并对外围电路进行低功耗设计；软件上采用减少采集工作量的智能数据采集机制、软件工程优化设计以及软硬件结合的节能机制。

实验结果表明：与传统设计相比，低功耗节点的工作量减少了89％，工作电流降低了57％，休眠电流降低了97％。

该低功耗温室监测系统设计方案可以有效延长传感网生存时间。

%To overcome the defect of short lifetime in battery-powered nodes used in greenhouse wireless monitoring sys-tem , a design of low-power greenhouse monitoring system is proposed .Through the energy consumption analysis of vari-ous parts of the nodes , combinedwith the characteristics of greenhouse application , the low-power nodes ’ hardware and software systems designs are made .Hardware component selection has been taken into consideration , and low-power pe-ripheral circuits are designed .In terms of software , intelligent data collection mechanism which can reduce the workload of data gathering is used , software engineering optimization design is applied , power saving mechanism which combines hardware and software together isadopted .Experimental results show that , compared with traditional designs , workload of low-power nodes is reduced by 89%, operatingcurrent is reduced by 57%, and sleep current is reduced by 97%. Thus, this low-power design can effectively prolong the lifetime of sensor net .【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】6页(P213-217,222)【关键词】温室监测;智能采集;低功耗;无线传感网;ZigBee技术【作者】谭石坚;董明利;寿国梁【作者单位】北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室，北京 100192;北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室，北京 100192;北京六合万通微电子技术股份有限公司，北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TP274+.2;S625.50 引言有线网络的施工、维护和变更非常不便，传统温室大棚仅提供了一个相对可控的植物生长环境，很少能实现环境监测自动化。

基于MSP430的温室环境数据采集和控制系统设计

基于MSP430的温室环境数据采集和控制系统设计李勇;张以帅;唐广耀;赖惠鸽【摘要】在分析了传统温湿度采集设备的基础上,提出了一种以MSP430单片机为控制器,利用温湿度传感器DHT11实现对温室环境数椐进行采集的系统.通过键盘和LCD1602液晶显示屏实现人机交互,利用nRF905无线收发模块将采集的数据发送到上位机,上位机通过VB和ACCESS实现对温湿度的实时监测和历史数据的保存.实验结果表明,该系统结构简单、成本较低,克服了传统采集设备布线复杂、维护困难等缺陷,而且可以实现远程监控.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2016(035)007【总页数】3页(P94-96)【关键词】温湿度;MSP430;LCD1602;nRF905;DHT11【作者】李勇;张以帅;唐广耀;赖惠鸽【作者单位】宁夏大学机械工程学院,宁夏银川750021;宁夏大学机械工程学院,宁夏银川750021;宁夏大学机械工程学院,宁夏银川750021;宁夏大学机械工程学院,宁夏银川750021【正文语种】中文【中图分类】TP216.5在温室大棚中，温湿度对农作物的生长发育过程有着至关重要的影响[1-2]。

根据已知的科学常识将温湿度控制在合适的范围内是人们一直追求的目标。

本文用MSP430单片机作为控制器，通过DHT11实现温湿度的采集，将采集的数据经过控制器处理之后显示到LCD1602显示屏，同时也可以用键盘将温湿度设置到理想的区间，一旦实际采集到的温湿度低于或高于设置的区间，就会启动报警装置来通知相关人员。

同时该系统利用无线射频模块nRF905实现温室环境的远程监控[3]。

由于MSP430单片机的低功耗性能[4]，使得该系统具有较强的省电性能。

如图1所示，系统以16位控制器MSP430为主控制器，加上显示模块、键盘模块、数据采集模块、报警装置、nRF905无线通信模块和上位机PC组成。

其中，上位机软件负责数据的保存和远程监控。

基于 MSP430的智能温室控制系统设计

基于 MSP430的智能温室控制系统设计冉涌;徐明灿;郎朗【期刊名称】《深圳职业技术学院学报》【年(卷),期】2015(000)005【摘要】针对目前智能温室控制系统功能单一，成本高昂，稳定性不足等问题，设计了一款基于 MSP430的智能温室控制系统。

以低功耗的处理器 MSP430为下位机的核心，合理选择传感器件，优化设计接口电路，完成信号采集和处理任务，直接控制执行机构调节参数，降低了对上位机的硬件要求。

上位机软件设计了数据分析、报表统计等功能，可满足不同用户的多样化需求。

通过系统测试，证明该温室智能控制系统性能稳定，控制参数符合生产要求。

%An intelligent greenhouse control system based on MSP430 is designed to solve the previous control systems defects, such as simple function, high cost, and poor stability. The MSP430 that is an Ultra-Low-Power Consumption processor is the core of the control system. Through a reasonable selection of sensors and optimization of interface circuit design, signal acquisition and processing tasks are successfully achieved. The practice of controlling and regulating the parameter reduces the requirement for PC hardware. To meet the diverse needs of different users, the computer software has many functions such as data analysis and statistical reports. Through system testing, the intelligent greenhouse control system is proved to be stable in performance, and the effect of regulation is in accordance with the production requirements.【总页数】5页(P22-26)【作者】冉涌;徐明灿;郎朗【作者单位】重庆三峡职业学院机械与电子工程系，重庆 404155;重庆三峡职业学院机械与电子工程系，重庆 404155;重庆三峡职业学院机械与电子工程系，重庆 404155【正文语种】中文【中图分类】TP368.1【相关文献】1.基于物联网的智能农业温室控制系统设计 [J], 许洪军2.基于PLC的智能温室控制系统设计探讨 [J], 吴世海;钟国荣;鲍义东;王蓉3.基于PLC和SCADA技术的智能温室控制系统设计与实现 [J], 邓顺华; 龙翰威; 郑吉澍; 李萍; 李佩原4.基于PLC的智能温室控制系统设计 [J], 温俊霞5.基于西门子PLC的智能温室控制系统设计 [J], 张传兴因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于MSP430低功耗温度无线网络监测系统的设计

基于MSP430低功耗温度无线网络监测系统的设计
时振伟
【期刊名称】《电子世界》
【年(卷),期】2012(000)024
【摘要】基于MSP430单片机和nRF24L01射频收发器的无线传感器，网络功耗低、节点体积小，实现了随机分布的传感器网络自组织，可以广泛地应用于各类无线数据通讯、环境监测、安防系统等领域。

采用VB高级编程语言编写了MSP430单片机与PC机之间的串行通信软件，实现了采集到的数据能在PC机上显示、存储、绘制曲线，同时PC机能给单片机发送控制命令等功能。

实践表明该无线监控系统能可靠运行。

【总页数】3页(P147-148,149)
【作者】时振伟
【作者单位】无锡机电高等职业技术学校
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于MSP430单片机的低功耗数显温度计的设计 [J], 何江南;
2.基于MSP430单片机的低功耗无线温度表的设计 [J], 于文刚;王海国;李小影;马操
3.基于nRF24E1和MSP430低功耗肌电信号监测系统设计 [J], 胡大洋
4.基于C#的极低功耗无线网络温度监测系统的上位机软件设计 [J], 成洁
5.基于MSP430单片机的低功耗智能轮胎监测系统设计 [J], 葛益娴;杨博;张加宏;吴雨生
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基于ZigBee无线传感器网络的温室大棚监控系统的开题报告

基于ZigBee无线传感器网络的温室大棚监控系统的开题报告1.项目背景随着人们对农村社区的重视和对绿色食品的需求不断增加，温室大棚种植逐渐成为一种重要的农业生产方式。

通过建立温室大棚来控制种植环境，可以提高作物产量和品质，同时减少土地利用和耕作的成本。

然而，温室大棚中的温度、湿度、光强等环境因素对作物生长的影响非常重要，因此需要实时监控和控制它们。

目前，传统的温室大棚监控系统通常采用有线传输方式，需要布置大量的传感器和电缆，成本较高，安装和维护不方便，同时也存在较大的地形限制。

为了克服这些问题，越来越多的人开始探索建立基于无线传感器网络的温室大棚监控系统。

这种系统不仅可以避免有线网络所带来的问题，还可以实现实时数据采集和远程监控，提高温室大棚的生产效率和管理水平。

2.项目目标本项目旨在建立一种基于ZigBee无线传感器网络的温室大棚监控系统，实现以下目标：（1）设计和制作无线传感器节点，能够实时采集温室大棚内的温度，湿度，光强等环境因素数据。

（2）建立ZigBee无线传感器网络，将传感器节点和网关连接起来，实现多节点数据采集和远程监控。

（3）开发Web和移动端应用程序，可以实时监控温室大棚内各种环境因素的变化，并根据监测结果进行远程控制。

（4）通过实验验证系统的可靠性和稳定性，优化系统性能，提高温室大棚的生产效率和管理水平。

3.项目技术方案（1）硬件设计本项目采用基于ZigBee协议的无线传感器节点进行数据采集和传输，主要硬件模块包括：①ZigBee无线模块：负责传感器节点之间的无线通信和数据传输。

②传感器模块：包括温度、湿度、光强等多种传感器，用于采集温室大棚内的环境信息。

③处理器模块：主要负责数据处理和存储，将采集的数据经过处理后发送给网关。

（2）无线传感器网络设计本项目采用ZigBee无线传感器网络进行数据传输和控制，它是一种低功耗、低数据传输速率、自组织的无线网络协议。

在传感器节点之间形成网状拓扑结构，可以实现节点之间的数据收发和中继，同时还可以扩展网络范围。

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无线接收模块接收到ＢｉｇＺｅｅ系统发送回来的数据送给ＭＳＰ４３０，通过处理由ＬＣＤ娃示出来，可以通过示
１蔬菜大棚和嵌入式系统意ｌ
Ｆｉｇ１．ｒｈｅｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｖｅｇｅｔａｂｌｅｇｒｅｅｒｌｈｏｕｓｅａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ
收稿日期：２０ｌ５一ｌ１ — ２７基金项目：江两竹科技计划项日（２０１２３ＢＢＧＴ０２ｌ７）
ＰＴ１００传感器采集信号后，经过信号放大Ｉｃ放大，然
后经由ＣＣ２５３０传输给微处理器处理，微处理器一路将数据传输给ＭＳＰ４３０嵌入式系统，同时也完成对环
境温度的调控。
作者简介：魏纯（１９８３一）．女，武汉人，讲师．硕
ｈｏｍｅ＠Ｉ２６．ＣＯＯ１。
（Ｅ— ｍａｉｌ）ｆｉｂｅｒ－
２０１７年１月
嵌入式系统
农机化研究
第１期
网络构建简单等特点。
出最适宜蔬菜生产所需要的环境温度，从而可在很大程度上提高大棚作物的质量和产量为采集和监控
温室温度，利用ＭＳＰ４３０超低功耗嵌入式系统和ＣＣ２５３０ＲＦ收发器建立网络节点，并完成与上位机的实时通信，大大降低人工成本，在提高生产率的同时也提高了蔬菜的口感与质量。大棚温室内部结构和ＭＳＰ４３０嵌入式系统如图１所示。
１智能控制硬件部分整体设计
智能控制硬件部分主要由ＭＳＰ４３０嵌入式系统和ＺｉｇＢｅｅ无线接收控制系统两部分组成。ＭＳＰ４３０嵌入式系统框架图如图２所示。系统由
无线接收模块、ＭＳＰ４３０核心系统、按键部分、ＬＣＤ显示部分、电源管理系统及ＪＴＡＧ接ｕ模块共同构成。
采集系统携带方便、经济适用和省电，具有重要的现实意义。
关键词：ＭＳＰ４３０；超低功耗；ＺｉｇＢｅｅ无线传感器；ＣＣ２５３０；上位机；温窜
中图分类号：ｓ６２５．５１；ＴＰ２７４文献标识码：Ａ文章编号：１００３ — １８８Ｘ（２０１７）０１ — ０２０７ — ０５
要：为ｒ实现对大棚温事环境温度的有效监控，采用ＺｉｇＢｅｅ技术，通过ＳＮ８Ｐ２７２２八位单片机自主采集和控
制大棚环境温度，使温度的调节更加方便快捷，并经由无线射频发射器ＭＳＰ４３０Ｆ１４９超低功耗嵌入式系统通
２０ｌ７年１
农机化研究
第１期
温室超低功耗无线传感器智控系统设计
一
基于ＭＳＰ４３０和ＺｉｇＢｅｅ
魏
（１．武汉东湖学院电子信息学院，武汉
摘
ห้องสมุดไป่ตู้
纯，刘红艳。
４５９０００）
４３０２１２；２．济源职业技术学院机电工程系，河南济源
ＺｉｇＢｅｅ无线接收控制系统框架图如图３所示。ＺｉｇＢｅｅ无线接收控制系统主要由温度传感器、信号放大芯片、ＣＣ２５３０芯片、发送路由器及控制部分构成。
出来的信息判断大棚温度是否正常。系统可以实现大棚温度的检测、完成远程数据的信息传输，且具有
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图２ＭＳＰ４３０框架示意图
Ｆｉｇ．２ＭＳＰ４３０ｆｒａｍｅｄｉａｇｒｍａ
图４ＳＮ８Ｐ２７２２单片机软件流程不意图
０引言
蔬菜的生长极容易受到周围环境的影响，而在这些条件中，温度对蔬菜生长的影响最为突出。随着农业科学技术的提高，我国种植蔬菜大部分采用大棚温室技术，通过对大棚温室温度的检测及控制，能创造
信，通过开发底层软件和上他机软件，实现对大棚温度自动调节的智能控制系统的设计。实验结果表明：本超低
功耗智能控制系统运行良好，可以自动地对蔬菜大棚环境温度进行榆测与凋。此系统人饥界面操作方便，儿