基于无线传感网络的温室远程监控系统
基于无线传感网络的温室大棚温湿度监测系统
均 有 一个 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 终 端节 点 模 块 ，模 块 由 温 湿 度传 感 器 Ｓ Ｈ Ｔ １ ５和 一 个 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 终 端 节 点 。温 湿 度 采 集 模 块 采集 大棚 内 的 温 湿 度 数 据 ，然 后 将 数 据 通 过 串 口传 送 给Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 终 端 节 点 ，再 通 过 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 协 议 将 采 集 的 数 据发 送 至 负 责 建 立 网 络 的 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 协 调 器 中 ，温 湿度 数据 收集 完毕 后再 通 过 串 口传 送 给 Ｐ Ｃ机 。Ｐ Ｃ机 收 到
８ ｋ ｂ 的Ｒ Ａ Ｍ 以及 闪存 ， 系 统 采 用 的温 湿 度 传 感器 Ｓ Ｈ Ｔ １ ５ 是 以 数 字 信 号 方 式 输 出 温 湿 度 数 据， 因 此 Ｃ Ｃ ２ ４ ３ ０ 图 ３数据 采集 流程 图 可以直接 控制 Ｓ Ｈ Ｔ １ ５ 对 温 室 大 棚 内的 温 湿 简 洁方 便 ，同 时该 语 言 还 能 适 用 于 测绘 度 进 行 数 据 采 集 并 处 和 自动化 的特 定 应 用 开 发 ，软 件 内部 集 理 ， 而 后 再 发 送 至 成 了大量 的数据 采集 、 仪器控 制等 函数 。 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 协 调 器 。 数 据 系统 下 位 机控 制 传 感 器 对 各个 预测 采 集 部 分 电路 原 理 图 点 位 的温 湿 度 数 据 进 行 采 集 ，并 且 将 数 如图 ２ 所示 。 据 处 理 之后 通 过 无 线 发 送 至 上位 机 。 在 ３ 系统 软件 设计 数 据 采集 时 ，每 个 点 位 在进 行 温 湿 度 数 系 统 软 件 部 分 据 采 集 时 采取 多次 测 量 法 ，采 集 七 组 数 分 为 下 位 机 数 据 采集 据 ，同 时在 数 据 处 理 时 将 最 大值 以及 最 以及 发 送 程 序 和 上 位 小 值 分 别 去 掉 ，对 余 下 五 组 数据 去 平 均 机温湿 度显示程序。 值 ，这 种 去极 值 平 均 滤 波 法 能去 掉 采 集 整 个 系 统 的 软 件 的 编 时产 生 的偶 然 误 差 ，进 一 步 提 高 温湿 度 写 上 位 机 采 用 Ｃ语 采 集数 据 的精度 。数 据采 集流 程 图如 图 ３ 言程 序编程 ，下位机 所 示 。 采 用 图 形 化 编 程 语 言 上 位 机 接 收 到 温 湿 度数 据 后 ，采 用 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 来 编 写 程 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 对数 据 进 行 处 理 以及 显 示 ，在 序 。Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 是 一 种 软件 界 面制 作 时 ，对 采 集 的各 个 点 位 的 图 形 化 编 程 语 言 ，它 温 湿度 状 态 进 行 分 别 显 示 ，上 位 机 软 件 用 流 程 图 和 框 图 的方 还会 对 温度 、湿 度 数 据 进行 比对 ，显 示 式 来 替 代 传 统 的语 言 出 当前 检 测 到 的最 高 温 度 ，并 与 预 设 的 代 码 ，程 序 编 写 时更 温 度 警戒 线 相 比对 ，当 温度 处 于 安 全 范
基于无线传感器网络的精准农业环境监控系统
【 关键词】 无线传感器； 精准农业 ； 环境监控
器 网络 化 的研制 列 为 国家重 点项 目 ： 西北 工 业 大学 研 究了 传 感 器 网络相 关 理论 和组 网协 议 ． 开发 一 套原 型 系统 并初 步 应 用 ： 州 电子科 技大 学 自动 化学 院研 究 了基 于 无线 传感 器 网 杭 络 的 湿地 水环境 远 程实 时监 测 系统 巾节 点 覆盖 、 感 器节 点 传 健 康状 况等 关键 技术 ； 湖南 农业 大学 提 出 了一 种 基 于 无线 传 感 器 网络 的农 田 自动 节水 灌 溉 构建 方 案 ．设 计 了一 种 无 线
科技视 界 Ｓ ＩＮＣ Ｃ Ｅ Ｅ＆ Ｔ Ｃ Ｅ ＨＮＯＬ ＹＶＩＩ ＯＧ ＳＯＮ
测 系统 和 基 于现 场 总线 的监 测系 统 都 是 基于 有 线 通信 方 式 （ Ｃ Ｎ总线 ） 现数 据 传 输 。 要 存 在需 要 布 设 有线 通 信 如 Ａ 实 主 网络 、 护 困难 、 署 具有 局 限性 、 灵活 等缺 点 。近期 出现 维 部 不 的采 用移 动 运 营商 的无 线 通信 网络 （ Ｇ Ｍ 网 络 ）传输 方 如 Ｓ 式 ， 缺点 是 依 赖 于运 营 商 的 网络覆 盖范 嗣 ． 且 后期 使 用 其 并
Ｓ ｉｎ ｅ＆ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｉ ｏ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｖｓ ｎ ｉ
２ １ 年 １ 月第 ３ 期 ０１ １ ２
科 技 视 界
基于ZigBee的大棚环境监测系统设计
基于ZigBee的大棚环境监测系统设计作者：陈国绍丁莉王中生来源：《物联网技术》2013年第10期摘要：针对当前农业发展的需要，通过采用ZigBee与串口通信技术将温室信息实时传输到监测系统，使种植者可以及时了解大棚环境，并根据接收到的数据对大棚环境进行控制。
以开发上位机程序，用传感器接收温湿度数据，并通过ZigBee无线通信模块将信息通过串口传送给上位机，再由上位机监测软件完成数据的存储。
对大棚中每一个节点的温湿度进行实时显示，当超出系统预先设定的温湿度期望值区间时，发出报警声音。
实验说明，基于ZigBee的无线传感网络监测系统有着低功耗、小体积、使用简单方便等特点，更加适合现代化的农业发展。
关键词：ZigBee；串口通信；无线传感网络；实时监测中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）10-0016-030 引言大棚环境监测系统实时地对大棚的温度、湿度等环境因素进行检测，减少了种植人员的工作量；及时地对不利环境进行报警，减少了因为人工疏忽而造成的农作物减产的情况；记录大棚各个时段的环境数据，方便农民对农作物的生长情况作出更全面的了解，方便农民控制大棚环境，使之利于农作物的生长。
对大棚温室的控制与管理是农业自动化生产的重要领域。
目前，绝大多数的温室控制系统的信号传播方式都是有线传输，大量的布线不可避免。
有线传输布线复杂，布线成本高，大棚内的环境温湿度都比较高，使得系统的抗干扰性和可靠性降低，后期的维护难度比较大。
而采用无线传输方式可以有效地解决以上问题。
本文设计的大棚环境监测系统，使用单片机和温湿度传感器组成数据采集节点，采用无线射频CC2530（ZigBee）技术进行数据传输，上位机开发则采用Visual 和Access数据库系统，将无线节点所采集到的温湿度信息实时地显示到系统界面，从而达到对温度监测的目的。
1 ZigBee技术简介ZigBee是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通信技术[1]，它有可能运用于几乎所有行业的低速率、短距离的无线通信，近些年多应用于智能家居、工业应用、智能交通、智能建筑和医院应用等。
基于无线传感器网络的温室环境监控系统设计
辽 宁装备制造职业技术 学院 自动控制工程 学院
ＳＯ Ｎ Ｇ Ｋ ａ ｉ
宋
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
恺
（ Ｃｏ Ｈ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ａ ｎｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃｏ Ｈ ｅ ｇ ｅ）
基于无线传感器网络的温室监测系统的设计
特点 ， 补了传统监 测 系统 的弊端 。在本 设计 中， 需 要监 弥 在
块负责给其他模 块供 电。汇 聚节点 主 要负 责接 收传感 节点
传来 的数据 ， 调度 传感 节点 的运 行 ， 实现 采集 数据 的上 传 和
系统的设计方案 ， 出在温室大棚的监 测系统 中采用无 线通 提 信技术 。
２ 系统的硬件设计
传 感器节点在系统 中负责完成 两方 面的工作 ： 一是 接收 分析用户 的监测指令 ， 并根据指 令 中的参数要求 对环境数 据 进 行 检 测 采 集 ； 是 通 过 无 线 系 统 将 采 集 的 数 据 发 送 到 汇 聚 二 节点 。一个、 频模 块 、 处 射 电源模 块 ， 构如 图 ２所示 。其 结 中传感器模块负责数据 的采集 ， 处理 器模块 负责对 传感器采 集到的数据进行处理 ， 并传递给 射频模 块进行 发送。电源模
基 于 无 线 传 感 器 网 络 温 监 测 系统 的 设 计 的 室
倪 瑛 ， 大梅 傅
２０４ ） １０ ６ （ 京工 业职 业技 术 学院 电气 与 电子 工程 学院 ，江 苏 南京 南
摘
要 ： 出 了一 种 基 于无 线 传 感 器 网络 的 温 室 监 测 系统 ， 温 室 的 温度 、 度 、 照 及 二 氧 化 碳 的 浓 度 进 行 实 时监 提 对 湿 光
度 、 照 等条 件 的 设 备 ， 实 现 用 电 脑 自动 控 制 创 造 植 物 所 光 并
节 点４
Ａ５
需 的最佳环境条件 ， 是在信息传输 的关键 技术 中采用有线 但
技 术 。本 论 文 提 出 了 一 个 基 于 无 线 传 感 器 网 络 的 温 室 监 测
温室农业监测中无线传感器网络技术的应用
温室是设施农业里 较为重要的组成部分 ， 目前 ，温 室内不 论 是对 环境的监测 系统 ，还是操 作控 制系统都 已经实现 了 自动 化 、机械化的 目标 ，其杰 出的高新技术能够将温室 内作 物所 需 要 的温 湿度、光照 、水分与 营养 等环 境参 数时刻调配到适宜 的 状态 。温室内种植 的作物种类繁 多 ，因此 ，自动机械化 的系统 在处 理各种类型的对象 时，最为关键 的一 步就是要准确无误 的 获取该 类对象 的信息 。从我 国 目前的设施农业状况来看 ，温 室 并不具 有竞争优势 ，不论是从温 室本 身的结构来说 ，还是从对 环境 的调控 能力 和控 制系统技术来讲 ， 都具有 明显 的不 足之处 ， 远远落后 于其他国家 。另外 ，我 国在农业 种植 这方面 ，由于所
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数据处理模块 运行 状况 的好 与坏关 系到整个传感器节点 的 工作质量 ，可 以说数据处理模块是传感器节点 的核心部分 ，它 在整个环节 中起着配发任务 、控制设备 、数据收集整理传输等 作用 。我们从无线传感器 网络的实际特点 出发 ，深入研究适合 整个 网络 的数据处理模块 ，根据研究结果来看 ，数据处理模块 不仅需要具备一般单片机的基本性能 ，而且还应该具备以下特 点： ２ ． ２ ． １ 高度的运行速度 运行速度 的快慢决定 了处理器处理信息能力的强与弱 ，这 是影响网络与节点进行 实时传输数据工作 的关键 因素 。 ２ ． ２ ． ２ 较高的集成度 集成度越高 ，数据处理模块才能尽可能的集成更 多节点的 关 键部 位 ， 外形 尺寸 的大小会制约集成度。 ２ ． ２ ． ３ 降低 能源 的消耗量 般 的处理器功能消耗再大 ，也会 有能源进行持续补 给 ， 而无线传感 器网络在运作 时并不会有持续的能源进行 补充 。 ２ ． ２ ． ４降低 成本 高成本的传感器会对 网络化的布局造成影 响，不利于传感
基于无线传感网络的环境监测与控制系统
基于无线传感网络的环境监测与控制系统随着物联网技术的不断发展和普及，基于无线传感网络的环境监测与控制系统在各个领域得到了广泛应用，为我们的生活带来了诸多便利。
本文将探讨这种系统的原理、功能及其在不同领域的应用。
无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由许多分布在区域内的自主节点（sensor node）组成的网络。
每个节点都具有具体的任务、处理能力和通信功能。
节点可以通过无线通信与其他节点交换信息，从而实现环境数据的实时监测与控制。
无线传感网络的核心技术包括传感器、通信和数据处理。
环境监测是无线传感网络的主要任务之一。
无线传感节点可以携带各类传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等，监测环境参数的变化。
节点收集到的实时数据通过无线通信传输到数据处理中心，进行数据分析和处理。
通过无线传感网络，我们可以实时监测各个环境参数的变化情况，为环境的科学管理提供数据支持。
环境控制是基于无线传感网络的另一个重要功能。
传感节点不仅可以感知环境的变化，还可根据特定的控制算法执行相应的控制动作。
例如，在温室环境监测与控制系统中，通过感知温度和湿度等数据，系统可以根据预设的参数自动开启或关闭灌溉设备、加热设备等，从而实现对温室内环境的自动控制。
基于无线传感网络的环境监测与控制系统在各个领域有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用场景：1. 农业领域：农业环境监测与控制是无线传感网络的主要应用之一。
通过在农田中部署大量的传感节点，可以监测土壤湿度、温度、光照等环境参数，从而实现对农田进行精细化管理。
通过控制系统，可以实现对灌溉设备、施肥设备的自动控制，提高农田的产量和质量。
2. 城市环境监测：城市中的空气质量、噪音污染等问题日益突出，基于无线传感网络的环境监测系统可以实时监测和分析环境质量数据，并通过控制系统实现对污染源的控制。
通过这种方式，可以为城市的环境保护和改善提供有效手段。
3. 智能家居：基于无线传感网络的环境监测与控制系统在智能家居中得到广泛应用。
基于WSN的温室大棚远程智能监控网络结构研究
器节 点 逐 跳 进 行 传 输 ， 传 输 过 程 中所 采 集 的数 据 可 能被 多个 节 在 点 处 理 。 过 多 跳 路 由 后 到 汇 聚 节 点 ． 由 汇 聚 节 点 通 过 外 部 网 经 再
络把 数 据 传 送 到 处 理 中心 进 行 集 中处 理 。 每 一 个 温 室 的 传 感 器 节 点 。 行 器 终 端 组 成 一 个 独 立 的监 控 执 区域 ．再 将 各 个 区 域 的 汇 聚 节 点 组 成 一 个 网 络 并 通 过 网 关 与 Ｐ Ｃ 机 控 制 器 相 连 接 组 成 该 温 室 大 棚 远 程 监 控 网络 结 构 。 ３ 传 感 器 节 点 。 感 器 节 点 由传 感 器 模 块 、 理 器 模 块 、 、 传 处 无线
实 现 农 业 的精 细 化 ， 高 人 员 效 率 ， 加 作 物 产 量 ， 立 大 规 模 温 提 增 建 室 大 棚 成 为 未 来 发 展 的趋 势 。 目前 ． 国温 室生 产 存 在 着 结 构 简 我 陋 、 合 环 境 调 控 能 力 差 以 及 管 理 技 术水 平 落 后 等 缺点 。同 时 ， 综 由 于 我 国 温 室 农 业 种 类 多 。 布 地 域 广 ． 控 设 施 安 装 和维 护 工 作 分 测 量 大 ， 用 有 线 通 信 方 式 传 输 信 号存 在诸 多 不 便 。 采 无 线 传 感 器 网 络 无线 传 感 器 网 络（ ｒｌ ｓ ｅ ｓｒ ｅ ｏｋ综 合 了 微 电子 技 术 、 Ｗｉ ｅ ｎｏ ｔ ｒ） ｅｓＳ Ｎ ｗ 嵌入 式 计 算 技 术 、 代 网 络及 无 线 通 信 技 术 、 布 式 信 息 处 理 技 术 现 分 等 ， 够协 同地 实 时 监 测 、 知 和 采 集 网络 覆 盖 区域 中各 种 环 境 或 能 感 监测 对 象 的 信 息 ， 对 其进 行 处 理 ， 并 处理 后 的信 息 通 过 无 线 方 式 发 送 ， 以 自组 多跳 的网 络方 式 传 送 给 观察 者 。 线 传 感 器 网 络在 军 并 无 事 、 业 、 境 监测 、 农 环 医疗 卫 生 、 业 、 能 交 通 、 筑 物 监 测 、 间 工 智 建 空 探 索 等 领域 有 着 广 阔 的应 用前 景和 巨大 的应 用 价 值 。 使 用 无 线 传 感 器 网 络 进 行 信 息 采 集 有 ４个 显 著 的 优 势 ： ｌ无 线 传 感 器 网 络 节 点 数 量 大 、 布 密 度 高 ． 个 节 点 可 以 、 分 每 检测 到局 部 环 境 的 详 细 信 息 并 汇 总 到 基 站 。２ 无 线 传 感 器 的 节 点 、 本 身具 有 一 定 的计 算 能 力 和 存 储 能 力 ， 以根 据 物 理 环境 的 变 化 可 进 行 较 为 复 杂 的监 控 ， 感 器 节 点 还 具 有 无 线 通 信 能 力 ， 以 在 传 可 节点 间进 行 协 同监 控 。 ３ 、无 线 传 感 器 网络 节 点 的部 署 采 用 非 人
基于无线传感器网络的温室环境监测系统的研究
刘 永华 等 ： 基 于 无 线传 感 器 网络 的温 室 环 境 监 测 系 统 的研 究
２ ． ２ 处 理器 模块
处 理器 是整 个传 感器 网络节 点 的核 心 ．负责 处理
３ 传 感 器节 点 软件 设 计
传感器 节 点定 时采 集 和感知 监测 对 象 的数据 ．并 根 据相 应 的路 由协议 将 数据 发送 到 汇聚 节点 ．软 件 工
定 时 唤醒
数 、 据 发 送 妻 完 毕 ＇ 二 ＝ ＝ ＝ ＝ ： —
．１ —
一 一
ｌ Ｙ
关闭 电源进 入 休眠 模 式
发 送／ 接收 Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ ｔ ￣ 。模 块上 预 留的 Ｉ Ｐ Ｘ接 口 ，使 用 中通
过Ｉ Ｐ Ｘ母 头转 Ｓ ＭＡ母 头 （ 外 螺纹 、 内针１转 接线 连 接
式 迅 速唤 醒 ．在 少于 ６ ｕ ｓ 的时 间 内达 到激 活 方式 其 内部 配置两 个 １ ６位 定 时器 、一个 高速 １ ２位 Ｄ转 换 器 和 两个 通 用 串 行 同 步／ 异步通信接 口 ｒ Ｕ Ｓ Ａ Ｒ Ｔ ） ．具 有４ ８个 Ｉ ／ ０引脚 ［ ２ 】
２ ． ３ 无线 通信模 块 硬件 设计
大 丢 包 率 增 加 ．本 系 统 在 ４ ０ ｍ 的范 围 内丢 包 率 低 ， 能达到 设计 使用 要求 。
图 ５ 无 线通 信 模 块 原 理 图
Ｆ ｉ ｇ ． ５ Ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ
作正 常 ．能顺利 通信 ．达 到设计 控 制 目标 。 经 过该 无 线 传感 器 网络在 育 苗 温 室 的实 地 运 行 ，
基于无线传感器网络的中央监控系统的设计
辔
图 １ 大 棚 监 控 系统 的 无 线 网 络 拓 扑结 构 框 图
大 等优 点 。 控 制器 节 点与 喷滴 灌控 制 阀相 连接 ， 以控 制喷 滴灌 头
［ 收稿 Ｅｌ ］ ２ １ — ４ ０ Ｉ１ ０ １０— ５ ￣
【 】 ３４ ０ 邮编 ２０ ０
【 金项 目】 基 于无线传 感 器 网络 的 电气设备 在 线监测 系统 的研 究（ Ｏ （ ６５ ） 基 Ｙ２ １ １１９ ）
大棚监控系统 的无线网络拓扑结构框图 见图 １ 在各 。 大棚内部的不同物理位置上分布设置传感器节点 和控制 器节点 ，各传感器节点利用传感器监测环境温度和湿度 、
从而实现 自动灌溉和温度调节。 构造无线传感器网络选用 Ｚｇ ｅ 协议 ｉ ｅ 协议具有低功耗 、 ｉ ｅ Ｂ 。Ｚｇ ｅ Ｂ 低成本 、 网络容量
多点检测和 实时监测 。在草莓大棚的应用表明 ， 系统可以满足 大棚信 息采 集需求。
关键词 传 感器 监测 单 片机 大 棚
ｄ ｉ ．９ ９ ．ｓ ．６ ３ ８ ７ ．０ ． ． １ ｏ：０３ ６ ４ｉ ｎ１ ７ － ８ Ｘ２ １ ０ ０ ｌ ｓ １４ ０ 中图 分 类号 Ｔ ８ Ｎ 文 献标 志码
用ＴＯ Ａ Ｓ公 司推 出的 Ｔ ２ ６ ， Ｓ ５ ０ 高速 、 功 耗 、 量 程 、 Ｌ 低 宽 可 编 程 、 活 配 置 的光 强 度数 字 转换 芯 片 ， 第二 代 周 围环 灵 是 境光 强 度传 感器 。
基于无线网络的温室环境监控系统
王纪章，李萍萍，彭玉礼．基于无线网络的温室环境监控系统［J ］．江苏农业科学，2012，40（12）：373－375．基于无线网络的温室环境监控系统王纪章1，李萍萍1，2，彭玉礼1（1．江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，江苏镇江212013；2．南京林业大学森林资源与环境学院，江苏南京210037）摘要：开发了基于无线网络的温室环境监控系统。
该系统由设备层、传输层、服务层和应用层组成。
利用Zigbee 网络实现温室内环境信息的监测，采用GPRS 方式传输，实现温室环境信息和控制信号的传输。
系统采用基于WEB 服务方式为用户提供访问，可以实现温室环境信息的获取、温室环境远程控制、系统参数设置。
关键词：温室；环境控制；无线网络；系统结构；Zigbee 网络中图分类号：TP277．2文献标志码：A文章编号：1002－1302（2012）12－0373－03收稿日期：2012－05－23项目基金：江苏省科技支撑计划（编号：BE2010347）；江苏省高校基础研究重大项目（编号：08KJA210001）；江苏省高校自然科学研究项目（编号：10KJD210001）；江苏高校优势学科建设工程。
作者简介：王纪章（1981—），男，博士，助理研究员，主要从事设施农业工程技术研究。
E －mail ：whxh@ujs．edu．cn 。
通信作者：李萍萍，教授，主要从事设施农业工程技术研究。
E －mail ：lipingping@ujs．edu．cn 。
智能化温室是设施农业发展的方向，信息的获取和处理是发展智能化温室的基础［1］，人工方式由于工作强度大、效率低等缺点，已不能满足现代化温室的发展要求。
无线传感器技术具有低速率、低耗电、低成本、支援大量网络节点、支援多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠和安全等特点［2－3］，为现代化温室环境监测开辟了新途径。
因此研究温室无线传感器网络环境监测系统符合现代化温室的发展要求。
温室大棚无线监控系统的设计与开发
４ 温室监控节点软件设计 农 业环 境 监 控 系 统 借 鉴 分 层 设 计 的理 念 ，把 整 个 嵌 入 式 软件 系 统 分 为 底 层 驱 动层 、 中 间服 务
层 和 底层 应 用 层 。底层 驱 动 主 要 实 现Ｓ Ｐ Ｉ 、Ｉ ２ Ｃ 、 Ｕ Ｓ Ａ Ｒ Ｔ 和Ｇ Ｐ Ｉ Ｏ 等 接 口的移 植 ，在 底 层驱 动层 中实现 了ｕ Ｃ Ｏ Ｓ 的Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２ 芯片 的移 植 。中间 服务 层主 要 实现
将 采 集 的信 息 转 换成 计 算 机 可 识 别 的标 准 量 信 息
代 码和 Ｆ ｒ ｅ ｅ Ｍ ０ Ｄ Ｂ ｕ Ｓ 通 信 代码 。
执 行 相 关动 作 并 返 回 操 作 结 果 。 监控 计 算 机 提 供 相 关操 作 界面 ，可 通 过 界 面 实 时 显 示各 传 感 节 点
关键词 ：无线传感 网络 ；温 室大棚 ；监控 Ｏ 引 言
随着 科 学 技 术 的发 展 ，特 别 是 网络 技术 和 传 感 器 技 术 的发 展 ，精 细 农 业 越 来 越 受 到人 们 的关 注 ，温 室大 棚 种 植 技 术 在 国 内迅 速 推 广 。 目前 ，
数 据 库 组 成 。无 线 监 控 系 统 实现 了 多种 参 数 检 测
和执 行 器 的远程 控制 。
Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 网络 拓 扑 结 构可 以分 为 星 型 网络 、 网 状 网络 和 树 状 网络 。该 系 统采 用 树 状 网络 结 构 ， 如图 ２ 所 示 。大棚 环 境监 测节 点和 执行 器控 制节 点
（ ４ ）自 动 气象站监 测大棚外的环境参数。例
如大气 压力 、光 照量 和 降雨量 等参 数 。
等 功 能 达到 设 计 要 求 ，提 高 了种 植 园 区的 管 理 效
基于太阳能的温室无线传感器网络监测系统设计
基于太阳能的温室无线传感器网络监测系统设计司敏山, 高艺(南开大学信息学院,天津300071) 摘要:设计提出了基于太阳能的温室无线传感器网络监测系统设计,利用无线收发设备传输数据,无需专门架线,系统结构简单,节省了人力物力,通过监测管理中心可实现对温室温湿度的控制、二氧化碳含量测量、光照度信息采集和图像监控等功能,实现真正意义上的无人值守,与普通无线技术相比,还具有低功耗、低成本和网络容量大等特点。
传感器节点采用基于太阳能的能量供给系统无线传感器网络节点结构。
该结构采用MSP430超低功耗MC U以及低功耗网络传输芯片nR F24L01,尽可能降低系统能耗。
另外,该系统利用多级能量内存,结合能量管理与能量转移技术,使由太阳能电池采集到的能量得到合理的利用,从而构成具有自我管理能力的能量供给系统,实现了为无线节点永久性供电与无线传感网络无限使用的目的。
关键词:无线传感器网络;温室;太阳能;环境监测 中图分类号:S625 文献标识码:A 文章编号:100328329(2010)022*******Gr eenhouse W i r eless Sen s or Network M on itor i n g System Desi gnBa sed on Sol ar En er gyS IM i n2shan, GA O Y i(C ollege of I nform a t i on Techn ica l Sc i ence,Nan Ka i Un i ver sity,T i an j i n300071,C h i na)Ab stra ct:This paper puts f or wa r d greenhouse wirele ss sensor net wor k monitoring syste m design based on solar energy.I t tr ans m its da ta thr ough wireless receiving and sending equi pment without setting up e lec tric wiring.The syste m structure is si mp le,which saves the m anpower and ma terial r e s ources.The monit oring and manage m ent center can contr ol the te mperature and hum idity of the greenhouse,m ea sur e the carbon di oxide content,collect the inf or mation about intensity of illum ina2 tion,monit or and contr ol the pictures.I n this way,then no m anpower w ill be pared with ordinary wireless technology,this syste m design consu m es less ene r gy,costs le ss money and has large internet ca pacity.The sens or nodes receive the solar ener gy and supp ly it t o the w irele ss sensor ne t w ork.This system adopts MSP430MCU with super low ene r gy c onsu m pti on and net work tr ans m itting chip nRF24L01with l ow energy consumption to reduce syste m c onsumpti on a sm uch a s possible.W hat’s mor e,this system adop ts multilevel ene r gy me m ory.I t combine s energy m anage2 m ent with energy transfer,which m ake s the energy collec ted by s olar ene r gy batteries be used rea2 sonably.The r ef ore,the se lf-m anaging energy supply syste m w ill be e stablished,and the w irele ss nodes will r ece ive pe r m anent power supply and the wirele ss sensor net wor k can be used without li m i2 tati ons.Key word s:wireless sensor ne t w ork;greenhouse;solar ene r gy;envir on m ent monit oring :1971-:3作者简介司敏山(),男,南开大学信息技术科学学院,高级工程师,主要研究方向无线传感器网络、智能检测与控制。
基于无线传感网的设施环境监测系统的设计与实现
随着温 室大棚技 术 的进 一 步 发展 和 推广 ， 室大 棚 温
可以自动完成处理字头和 Ｃ Ｃ 循环冗余码校验） Ｒ （ 的工
作 ， 由片 内硬 件 自动完 成曼 彻 斯 特编 码 解码 ， 用 Ｓ Ｉ 可 使 Ｐ 接 口与微 控制器 通信 ， 置非 常 方便 ， 功耗 非 常 低 ， 配 其 以
一
而且支持睡眠模式、 运行速度尽量快、 成本尽量低以及要 有足够的外部通用 ＩＯ端 口等特点 ， ／ 本系统中采用单片
Ｔ ＡＮＧ Ｙｕ—ｂ ｎ ，ＹＵ Ｉ ａｇ ｊ—ｊｎ，ＸＵ Ｌ ｉ ＡＮ Ｊａ ｕ ｅ ，Ｙ ｉｎ—ｍ ｎ ｉ ，ＨＡＮ Ｊａ ｉｎ—ｍｉｇ ｎ
（ｎｔｕｅｏ ｔ ｃＥ ｅｇ ｐ ｌａｉ ｇ ｃｌ ｒ， ｉ ｇｕＡ ａｅ ｙｏ ｇｉ ｌ ｒｌ ｃ ｎｅ， ａｊ ｇ２０ １ ， ｈｎ ） Ｉｓｔｔ ｆ ｏ ｎｒ Ａ ｐｉ ｔ ｎｉ Ａ ｒ ｕｔ ｅ Ｊ ｎｓ ｃｄｍ ｆ ｒ ｕｔ ａ Ｓｉ ｃｓ Ｎ ｎ ｎ １０４ Ｃ ｉ ｉ Ａ ｍｉ ｙ ｃ ｏ ｎ ｉ ｕ ａ Ａ ｃ ｕ ｅ ｉ ａ
供 电电源 ： ５ ５Ｖ。 ３— ．
采 用 英 国 ＣＴ ＩＹ公 司 Ａ ２氧 Ｏ
气传感器 ， 输出在空气中 ９～ ３ｍ 测量范围 ０～ ０ ， １ Ｖ， ９％
无 线 传 输 单 元 ＝
＝处单） 薛 二 理元 彗 二 器二 微
＼
．
测 量范 围 １ ７００ｌ， ～ ００ ｘ
机 Ａ ｍ ｇｌ Ｌ， Ｔ ｅ ａ６ 它是 Ａ ｍｅ 公 司基 于 Ａ Ｒ 的增 强型 Ｒ Ｓ ｔ ｌ Ｖ ＩＣ
基于Wi-Fi的温室大棚监测控制系统
１ 系统 设 计 思 想
控 制 终 端 安 置 在 种 植 植 物 的 大 棚 内 ， 根 据 实 可 际 情 况 安 置 多 个 控 制 终 端 。 制 终 端 中 的 温 湿 度 传 控
摘 要 ： 计 了一 种 基 于 ＷｉＦ无 线 局 域 网 的温 室 大 棚 监 测 控 制 系 统 。终 端 监测 设 备 采用 增 强 型５ 单 片机 为Ｃ Ｕ． Ｃ Ｕ 传 设 —ｉ ｌ Ｐ 该 Ｐ将 感 器 监 测 到 的 数 据 通 过 Ｒ ２ ２ 给 一 ｉ 块 ，然 后 再 通 过 无 线 局 域 网 将 数 据 传 给 服 务 器 端 软 件 ，数 据 最 终 存 储 在 Ｓ Ｌ Ｓ３传 Ｆ模 Ｑ
Ｓ ｒｅ ０ ８ 据 库 中 ， 控 客 户 终 端 通 过 计 算 机 网络 访 问 数 据 库 相 关 采 集数 据 ， 行 监 测 和 控 制 。该 系 统 设 计 简 单 ． ｅｖｒ ０ 数 ２ 监 进 可靠 性
好 ， 于 安 装 ， 济实 用 。 易 经 关 键 词 ： 片 机 ； — ｉ温 室大 棚 ； 据 库 ；Ｃ ￣ 单 ＷｉＦ ； 数 Ｔ ＰＰ 中 图分 类号 ：１６ ￥ ２ 文 献 标 识 码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ６ ／ｉ ｎ１０ — ２ ５２ １．１ ４ ｏ： ０３ ９ｊｓ ．０６ ７ ０ ． ２０ ． ４ ９ ．ｓ ０ ０
２ 第 ２９期 ０ ２年第 总 １ ３ １期
中国农机 化
Ｃ ｉｅ ｅ Ａｇｉｕ ｔｒｌＭｅ ｈ ｎｚ ｔ ｎ ｈ ｎ ｓ ｒ ｌ ａ ｃ ａ ｉ ｉ ｃ ｕ ａｏ
基于无线传感网络的温室环境监控系统研究
在通 信协议 上 ，为 缩短监 听周 期 ，可 以在 Ｃ Ｓ Ｔ
发 送 状 态 周 期 内周 期 性 地 发 送 Ｓ ＮＣ帧 ， 当源 节 Ｙ 点 向 目的节 点 发送 数 据 包 时 ，先 生 成 一 个 Ｓ Ｃ ＹＮ —
Ｒ Ｓ帧 ，此 Ｓ ＮＣ Ｒ Ｓ帧包含 目的信 息 、同步信息 Ｔ Ｙ —Ｔ
以及 Ｒ 求 等。 目的节 点 在第 一个 状 态 内收 到 Ｔ Ｓ请 Ｓ ＮＣ Ｒ Ｓ后 ，生 成一个 Ｓ ＮＣ Ｃ Ｓ帧 ，此 帧包含 Ｙ —Ｔ Ｙ —Ｔ 目的信 息 、同步 信息 以及 Ｃ Ｓ请求 。接下来 源节点 Ｔ
和 目的节 点开始 交换数 据 ，结束后 进入 睡眠 。其 他
节点 占用信道则通 过 Ｃ ＭＡ Ｃ Ｓ ／ Ａ方式竞 争获得 。
、 １
匐 化
基于无线传感 网络的温室环境监控 系统研 究
Ｓｔ ｄ ｅ ｈｏｕ ｅ ｅ ｖ ｒ ｎｍ ｅ ｏｎ ｔ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅｍ ａｓ ｄ ｏｎ ｗ ｉｅｌ ｓ ｓ ｎ ｎ ｅｔ ｏｒ ｕ ｙ ｏｎ ｇｒ ｅｎ ｓ ｎ ｉｏ ｎｔｍ ｉｏｒｎ ｙ ｔ ｂ ｅ ｒ ｅｓ ｅ ｓｉ ｇ ｎ ｗ ｋ
的 时 钟 变 量 ，一 旦 软 定 时 器 的 时 钟变 量 程 序 就 调 用 相 应 的模 块 完成
定时 任务 。无线 传感 节点 与 中央 监控 主机 进行 串 口
Ｄ ２ ０ Ｐ，Ａ ４ Ｄ ０ １以及其 他 的外 围器 件 。 Ｓ４ １ Ｔ５ Ｂ ４ Ｃ ２２ Ｃ ４ ０功 耗 低而 且 性能 比较 稳定 ，能够 保 证 数 据地正 确传输 ，利用它 开发 的无线通 信设 备数 据
关键词 ： 温 室环境 ；监控系统 ；无线传感 网络 中图分类号 ：Ｎ ４ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ４ ２ １ ）８ 下） ０ ５ ～ ２ ９ １ （ ０ ０ （ 一 ０ ２ ０ ０ ３ ２
基于无线传感器网络和GPRS的太阳能板远程监控系统
１ 使用 光 照 度 传 感 器来 测 量 远 程 的光 照 度 数 ）
据 ，以此 了解 现场 光 照度 数值 的变化 情 况 。采用 光
５ Ｉｗ ． ｈ．ｎ ６ ｗ ｙ ｊ。１ ｓ 。
Ｎｅｗ ｎ ｇｙ Ｅ ｅｒ
Ｇ Ｒ Ｐ Ｓ管 理 模 块 向 指 定 的 移 动 电 话 发 送 短 信 息 告
Ｏ ｅ ． ｅｔ “ 闭 ” ｐｎ ｘ＝ 关 Ｔ
Ｃａｔｈ ｃ
Ｅｎ Ｔｒ ｄ ｙ
Ｅｌｅ ｓ ＧＳＭ
—
［］ 张 光 南 ， 乾 顺 ． 携 式 温 湿 度 无 线 监 控 系 统 的 设 计 与 ４ 余 便
Ｏ ｅ ．ｅ ｔ “ 接 ” ｐ ｎＴ ｘ ＝ 连
实 现 ［］ 激 光 与红 外 ， ０ ８ ３ １ ） １ ２ － ３ ． Ｊ． ２ ０ ，８（２ ：２ ９ １ ２ ２ ［］ 徐 敬 东 ． 文 耀 ， 淼 ． 基 于 Ｚ ｇ ｅ ５ 赵 李 等 ｉＢ ｅ的 无 线 传 感 器 网 络设 计 ［］ 计 算 机 工 程 ． ０ ０ ３ （０ ：１－ ． Ｊ． ２ １ ， ６ １ ） １０ １２ １ ［］ 王 荣 存 ． 翔 ． 超 文 ． 于 多 线 程 的 太 阳 能 热 力 监 控 系 ６ 唐 蔺 基 统 的 设 计 与 实 现 ［］测 控 技 术 ． ０ ９ ２ （） ７ － １ Ｊ． ２ ０ ． ８ ８ ：９ ８ ． ［］ 李 江 全 ， 丽 ． 红 蕾 ． ｉｕ Ｉ ａ ｉ ７ 张 岑 Ｖ ａ Ｂ ｓ Ｃ串 口 通 信 与 测 控 ｓ
碳 的排 放 量 ，越 来 越 多 的 国家 注 重 新 能 源 的 开 发 和 Ｚｇ ｅ 协 调 器 、 Ｇ Ｒ 模 块 和 Ｐ ｉＢ ｅ Ｐ Ｓ Ｃ机 构 成 。 由 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ Ｂ
基于MICAz的无线传感器网络在农业温室温度监测的应用
境 监 测 系统 是 该 领域 一个 重要 的研 究方 向 。 文在 简要 介 绍传 感 器 网络体 系结 构 的基 础 上 ． 本 完成 了一 种基 于 Ｃ ｏｓｏ ｒ ｂｗ公 司生 ｓ 产 的 ＭＩ Ａ 传 感 器 射频 模 块 ， 于农 业 园艺 温 室温度 的 无 线传 感 器 网络的 设 计 与 实 现 。 测 试 结 果肯 定 了该 系统设 计 的 可 行 Ｃ ｚ 用
施可 以人 为地 创 造 、 控制 环 境 条件 ， 在寒 冷 或 炎 热 的季 节 进 行 花 ８个 ＭＩ Ｐｏ ｅｓ ｒ ｄｏＢ ａｄ 、 Ｃ ｒｃ ｓ ／ ｉ ｏ ｒｓ ４个 ＭＴ ３ ０ ｅ ｓｒＢ ａｄ 、 ｏ Ｒａ Ｓ １ Ｓ ｎｏ ｏ ｒｓ 卉、 蔬果 的生 产 。近 几 十年 ， 着 微 型 计算 机 和 传 感 技 术 的 迅 速 ３个 Ｍ ３０Ｓｎｏ ｏｒｓ１ Ｍ Ａ ０ 随 ｏ ｓｒ ａｄ、 个 Ｄ ３ ０数 据 采 集 板 以及 １个 ｅ Ｂ 发展 ， 自动 检 测领 域 发生 了巨 大 变 化 、 室 环 境 自动监 测 【 制 ＭＩ５ ０编 程 接 口 板 。 ＭＩＡ 温 １ ］ 控 Ｂ１ Ｃ ｚ采 用 的 硬 件 平 台 为 ＭＰ ４０ Ｂ Ｒ０Ｃ 。 方 面的 研究 有 了 明显 的进 展 本 文 介绍 一 种 基 于 Ｃ ｏ ｓ ｏ ｆ 司 ＭＰ ４０ Ｂ 采 用 了 Ａｍｅ Ａｍｅａ１８ 微 控 制 器 ． 控 制 器 从 ｒ ｂ ｗ呛 ｓ ＝ Ｒ ０Ｃ ｔ ｌ ｔ ｇ ２ Ｌ 该 生产 的 ＭＩＡ 传 感 器 用 于 农 业 园 艺 温 室 温 度 的无 线 传 感 器 网 其 自带 的 Ｒ Ｍ 中运 行 Ｔｎ Ｃｚ Ｏ ｉ、 Ｓ操 作 系统 ． 以 利用 编 程 接 口板 ，可 络 的设 计 。 对 其 进 行 开发 。 １ 背 景 ． ４ 软 件 支持 ． 无 线 传 感器 网络 就 是 由微 型 无 线传 感 器 节 点 组 织起 来 的 一 Ｃｏｓｏ ｒ ｂｗ公 司 生产 的 Ｍ Ｃ ｚ传 感 器 平 台 上 所 有 部 件 都 支 ｓ ＩＡ 种 嵌 入 式系 统 计算 机 网络 ［ 无 线 传感 器 网 络 不需 要 固定 的 通 信 持 Ｔｎ Ｏ ３ １ ｉｙ Ｓ操 作 系统 ｒ 系统 是 美 国加 州 大 学 伯 克 利分 校 专 为 嵌 此 基 础 架构 支 持 ．传 感器 网络 的节 点可 以随 机 或 者 特 定 地部 署 在 入 式 系 统 开发 的微 型操 作 系统 ）Ｔｎ Ｏ 是 一 个 小 型 、 源 、 能 。 ｉｙ Ｓ 开 节 目标 监测 环 境 中 ．它 们之 间通 过特 定 的协 议 自组 织 成 无线 通 信 的软 件 操作 系 统 。 个 系统 不 同 于传 统 意 义上 的操 作 系统 ． 这 它更 网络 ． 点 间相 互协 同工 作完 成 特 定 的任 务 。 线 传 感 器 网 络作 像 一 个 编 程 构 架 ， 此 构 架 下 ， 配 一 组 必 要 的组 件 。 能 方 便 节 无 在 搭 就 为针对 某 种 特定 应 用 的信 息 收集 平 台 ．它 的 每 一 传 感器 节 点都 地 编 译 出 面 向特 定 应 用 的操 作 系 统 。 这 套 产 品 还 用 到 了 Ｍｏ ． ｔ ｅ 能 感 知周 围 一定 的物 理现 象 ． 光 、 度 、 动 、 环 绕 它 周 围 的 Ｗｏｋ ． 件 平 台 。 ｔ ｒｓ ． 如 温 震 或 ｒｓ ０软 ２ Ｍｏ Ｗｏ ０包含 了普 通 传 感器 节 点上 的 ｅ ｋ２ 磁 场 等 ． 网络 负责 将各 节 点 收集 的数 据 传 递 给 一个 称 为 汇 聚 节 Ｘ ｅ ｈ软件 ． Ｍｓ 网关 节 点上 的 Ｘ ｅ ｅ 软件 以及 客 户 端 的 Ｍｏ Ｖ ｅ Ｓｖｒ ｔ ｉ ｅ Ｗ 点 （ｉ ） 网关 ， 网关 交 给 应 用 程 序 或 终 端 用 户 ． 者 既 可 以 监 视 管 理软 件 。 中 ， Ｍｅ ｈ 件 包含 网络 协 议栈 和 支 持 Ｚ ｅ Ｓｎ 的 ｋ 由 后 其 Ｘ ｓ软 ｉ ｅ 对 接 收 的数 据进 行 分析 处 理 ．也 可 以通 过 发送 新 的指 令 去 改 变 协 议 的操 作 系统 。 ｓｖｒ 连 接 无 线传 感 器 网 络到 ｒ 基础 架 构 Ｘ ｅｅ 是 Ｉ ＇ 传 感器 节 点 的行 为 或 Ｉｔ ｔ ｎｅ ｍｅ 的中 间软 件 。
基于无线传输的大棚监测系统
基于无线传输的大棚监测系统作者：王国邦等来源：《广东蚕业》 2019年第8期王国邦郑钊陈志斌林寿英（福建农林大学机电工程学院福建福州350002）[ 作者简介：王国邦(1993- )，男，湖北荆州人，硕士研究生，研究方向：农业信息监测与控制工程。
通讯作者：林寿英(1965- )，女，福建福州人，副教授，硕士生导师，研究方向：自动控制和应用电子。
]摘要文章阐述了基于无线传输的大棚监测系统，该系统以温湿度检测模块、光照强度检测模块、无线传输模块、上位机显示模块、电源模块等组成。
由于大棚内对温湿度以及光照强度要求很高，因此，需要实时监测大棚内这些环境参数值，当检测的参数范围不在设定的范围内时，通过上位机模块及时反馈给用户，由用户采取相应的处理措施。
关键词ISeeZ；无线传输；农业大棚；上位机监测；监测系统中图分类号:TP277 文献标识码:C 文章编号:2095-1205(2019)08-41-03我国是农业大国，农业自动化检测水平不断提高[1]。
随着传感技术水平的不断发展，使得农业智能化检测水平不断提高，对农作物的生长环境参数的自动化检测得以实现[2]。
本系统可以通过传感技术，由分布在大棚内的传感器检测环境参数，通过无线传输技术，将检测的数据发送给上位机，用户可以通过上位机监测界面查看大棚内的环境参数[3]。
1 系统的组成基于无线传输的大棚监测系统组成的总体结构图如图1所示，本系统由电源模块、二氧化碳检测模块、光照强度模块、温湿度检测模块以及无线传输模块组成，以上位机ISeeZ为监测核心，传感器采集的数据通过无线传输模块上传到上位机监测界面。
1.1 C O2 检测模块CO2检测模块采用新型红外检定技术对大棚内CO2浓度进行测量，该传感器的反应速度快，采用485 通信方式,可以设置多个节点，避免局部检测产生误差。
接口说明如下：棕色电源正，黑色电源负，黄色485 –A，蓝色485 -B。
1.2 温湿度检测模块温湿度检测模块采用SHT20 温湿度传感器，采用RS485 硬件接口(具有防雷设计)，协议层兼容标准的工业Modbus-RTU协议。
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基于无线传感网络的温室远程监控系统
【摘要】针对国内温室农业发展成本高、人工干预大、效率低、非智能化等问题。
本文介绍了一种利用ZigBee设计的一种基于ZigBee、上位机、internet 和android客户端的远程智能温室监控系统。
由若干个ZigBee组成的无线传感网络将环境参数通过路由器和协调器传递给上位机处理和显示，上位机同时将数据通过服务器上传到internet，用户即可通过android手机客户端实时查询并控制温室环境参数，从而实现温室远程实时监控。
同时，上位机和android客户端设有历史查询功能，用户可根据历史环境记录，综合分析作物生长状况。
实践证明，该系统具有较好的操作性和便捷性，并在功耗和成本上与同类系统相比具有明显优势。
【关键词】ZigBee;上位机;传感网络;服务器;android
1.引言
在温室农业迅速发展的今天，温室环境的监控已朝着实时化、自动化、智能化方向发展。
有不少研究将无线通信技术用于温室监控，比如基于GSM、bluetooth 或wifi的温室监控系统，但它们都存在成本高、功耗大等缺点，这严重制约温室农业进一步的发展。
针对上述问题，我们运用时下发展已趋成熟的zigbee技术并结合计算机技术设计了一种基于zigbee、上位机和internet的智能远程温室监控系统。
该系统可对温室内的光照强度、CO2浓度、温度、湿度等环境参数进行实时采集，并通过上位机和服务器，将数据上传到internet供android客户端进行远程观察分析。
同时上位机可针对特定作物，自动或手动调控光照设备、洒水机、通风设备、CO2发生器做环境最优化处理，从而保证作物时刻处于最佳生长状态。
大大降低了环境风险和人工成本，提高了生产效率和经济效益。
2.监控系统设计
系统总体设计如图1所示：
图1 系统总体设计图
该系统主要由若干zigbee传感节点、硬件设备、上位机、服务器和客户终端组成。
当系统工作时，温室内各zigbee无线传感节点将温度、湿度、CO2浓度、光照强度等环境参数通过zigbee无线通信协议传递给路由器，路由器以同样的方式将接收到的数据包传递给协调器。
而协调器通过串口通信将数据传递给上位机，上位机将汇总的信息通过服务器上传到internet，最终用户可通过手机终端或PC终端实时查询。
终端用户可根据需要，对温室环境进行调控。
上位机也可参照作物环境最优值通过串口将指令传递给协调器，协调器将上位机指令传给接有硬件设备的路由器。
路由器根据相应指令对作物所需环境进行实时调控。
3.监控系统硬件设计
硬件系统主要由zigbee构成的传感节点、路由器、协调器以及控制电路组成。
3.1 zigbee无线传感节点
本系统选用的无线传感模块是TI公司推出的兼容zigbee2007协议的SOC芯片CC2350，它支持IEEE802.15.4协议，且集成了一枚增强型8051内核，提高了对任务事件的处理能力。
而且集成了一个十四位ADC（模数转换器），无需外部ADC即可实现多通道数据转换。
在成本上，CC2530的价格低廉，且zigbee 的终端节点有定时休眠功能，这样大大降低了功耗。
传感器介绍：DHT11温湿度传感器采用单总线通信方式进行实时温度和湿度数据的读取;测量光照强度时，为了提高数据传输的稳定性，在光敏电阻上串联一个1K欧姆的电阻后再接VCC和GND，由于输出端出来的模拟信号，可通过ADC进行模拟信号采集;MS4100二氧化碳传感器输出信号为比较小的模拟电压信号，若直接用ADC进行信号采集，将使得测量精度较低，为了达到比较高的精度，可用LM358运算放大器将较小的模拟信号进行适当比例的放大，使测量值能均匀分布在ADC的采样范围内，再进行数据转换，得到较准确的浓度值;当无线传感节点开始工作时，传感器所得到的数据将发给下一级——路由器。
3.2 设备控制电路设计
由于硬件设备供电电压为交流220V，其不能直接与MCU的IO口相接。
为保护MCU，必须设计一个由光耦和继电器组成的隔离驱动电路。
如图2所示隔离驱动电路：选用的光耦是TLP251，供电电压为5V，继电器的供电电压为12V。
硬件设备从2号端口接入交流电，当MCU控制信号进入时，即通过8550PNP 型三极管控制继电器的开关，使得端口2和端口3导通，最终实现交流电的导通与关闭。
硬件设备通过一个隔离驱动电路与路由器的IO口相连。
当路由器接收到协调器发来的硬件控制指令，即对硬件设备进行状态变换。
图2 隔离驱动电路图
图3 终端节点和协调器程序框图
4.软件设计
4.1 zigbee程序设计
zigbeeCC2530编程采用的开发环境是IAR Embedded，结合TI提供的z-stack 协议栈。
该协议栈将zigbee联盟定义的网络层、安全层和应用层技术规范集合在一起，以函数的形式实现，并给用户提供了一些应用层API供用户调用，因
此，我们只需要在应用层添加传感器函数即可。
若考虑到节能问题，设计程序时，可根据数据采集周期进行定时，终端节点将定时唤醒，自动将传感器数据发送给路由器，再由路由器发给协调器。
如图3所示为终端节点和协调器的程序框图。
4.2 上位机和服务器程序设计
本系统软件设计所采用的开发环境是VC++ 6.0和Access数据库。
该系统主要用于温室大棚环境的实时监测，包括温度监测、光强监测、CO2浓度的监测、湿度监测等。
首先基于串口通信处理来自下位机的各路数据，并取整点数据保存于数据库中，以便查询历史记录。
其次基于网络通信与Android端连接，可以并发处理多个客户端的请求。
实现了用Android手机发出命令，通过服务器转发命令来控制下位机状态的功能，以达到实时监测温室大棚内的环境，同时智能控制采取相应的措施改变温室大棚内的环境参数。
服务器端设有串口设备和网络设备，同时监听串口和网络数据，将接收到的下位机数据处理后显示在界面上，并取整点数据保存到数据库，方便查询历史信息。
界面上设有温度、光强、CO2、湿度等实时变化曲线，为响应客户端请求，将此刻的各路数据返还给客户端。
界面上也设有的灯控和通风等设备开关用于响应客户端的控制，改变和显示当前状态，以此改变温室大棚内的环境参数。
同时本系统设有报警装置，服务器通过判断各路数据是否超过给定阀值自动报警，来提醒用户采取相应补救措施。
此外，上位机设有查询历史数据功能，选定日期后即可查询，便于用户统计分析。
如图4所示，为上位机和服务器界面。
图4 上位机服务器界面
4.3 android客户端设计
Android端采用的开发环境是Eclipse，ADT（模拟器）。
其功能如下：
（1）通过IP连接服务器，并获取所有开关的状态。
（2）查询当前温室大棚内的湿度、温度、光强和CO2浓度的相关数据。
（3）能够控制温室大棚相应位置的灯光和通风等设备状态。
（4）查询有关湿度、温度、光强和CO2浓度的历史记录，显示结果为查询某个整点的相关数值。
针对相关功能实现的介绍如下：
通过Socket通信完成服务器的连接，连接后将所有开关的状态显示给用户;再在查询湿度、温度、光强和CO2浓度的相关数据时，通过MySend（）函数向服务器发送请求，并从服务器获取相关数据，通过receive函数接收后处理数据包，然后相应的查询对话框显示给用户。
图5 android客户端界面
关于通风和灯光等设备的控制，则是将用户操作的相关开关的状态值发送给服务器，然后交给服务器执行相关的操作;例如：用户将风口2打开时，将发送数据包“22F11”（22表示2号开关，F表示操作的是风口，11表示打开）给服务器。
关于历史记录查询，当用户选择了查询的日期后，安卓端将把日期以数据包的形式发送给服务器，服务器将返回对应日期时的数据，数据包括湿度、温度、光强和CO2浓度在那天从0点到24点各个整点的相关数据，接收到数据将其显示到查询界面。
如图5为android客户端软件。
5.结束语
随着传统农业向现代化、自动化方向发展，广大农民在运用新科技的同时，更注重新技术的成本、便捷性和智能化。
而本系统采用的zigbeeCC2530进行无线组网，不仅在成本上与其他SOC芯片有突出优势，而且无需大量布线、操作方便、功耗低将越来越受广大农民的青睐。
更突出的是，运用VC++可视化编程编写的上位机具有友好的人机交互界面，操作简便。
还有android远程手机客户端实时监控温室内的环境，大大拉近了农户和田园的距离，使得远程监控不再遥远。
当然，在上位机和手机客户端软件优化方面，例如在软件的智能化和实用性方面还有待改进。
这将在今后的科研中亟待改善。
参考文献
[1]王小强，欧阳俊，黄宁淋.Zigbee无线传感网络设计与实现[J].北京：化学工业出版社，2012.5.
[2]蒋挺，赵成林.紫峰技术及其应用[J].北京：北京邮电大学出版社，2006.
[3]方敏，张胜，梁路平，赵勇，等.译.Windows程序设计（第五版）[M].北京：清华大学出版社，2010.9.
[4]李兴华.Android开发实战经典[M].北京：清华大学出版社，2012.3.
通信作者：谭建军，男，教授，研究方向：从事无线传感网络技术研究。