基于Ziee的农业大棚光照环境监控系统设计

毕业设计（报告）课题:基于ZigBee的农业大棚光照环境监控系统设计

学生:杨雪系部:物联网

班级:物联网1203班学号:

指导教师:李靖

装订交卷日期:

毕业设计（报告）成绩评定记录表

注：1.此表适用于参加毕业答辩学生的毕业设计（报告）成绩评定；

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此表适

用于不参加毕业答辩学生的毕业设计（报告）成绩评定；

2.平时成绩占40%、卷面评阅成绩占60%，在上面的评分表中，可分别按40分、60分来量化评分，二项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、及格、不及格五等级计分。

教务处

目录

第一章绪论 (2)

论文背景 (2)

主要需求 (3)

第二章系统分析 (4)

设计原理 (4)

系统节点设计 (4)

系统总体架构 (6)

第三章系统硬件设计 (8)

Zigbee节点硬件设计 (8)

传感器节点硬件设计 (8)

光照数据采集节点设计 (10)

第四章基站节点设计 (12)

ZigBee技术概述 (12)

ZigBee技术优缺点 (12)

ZigBee网络配置 (13)

ZigBee工作模式 (15)

第五章系统测试 (17)

系统测试步骤 (17)

系统测试结果 (17)

系统硬件测试 (17)

协议栈测试 (18)

上位机测试 (18)

系统测试结果分析 (18)

总结 (19)

参考文献 (20)

摘要

随着农业应用技术及科技的发展，温室大棚已经成为农业的一个重要组成部分，而且能带动农业高效的发展。因此，对于农业生产环境来说，对一些重要参数进行检测与控制就显得十分重要且必要，这些参数包括光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等。这些参数控制得当，就改变了植物的生长环境，为植物创造了最佳的生长环境，而且避免了外界四季变化和恶劣气候对植物生长的影响。

目前，ZigBee技术已经广泛应用于近距离传输的无线通信领域，尤其是在工农业控制、医疗卫生方面日益起着越来越重要的作用。本设计意在通过ZigBee 无线通信技术构建一个无线传感器网络（WSN），采用树型网络拓扑结构，对加入该网络的传感器节点进行温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度的数据进行采集和分析，将此应用于对农业里温室的环境检测和控制当中，避免了有线网络的布线问题和成本问题。本设计利用了一个结构合理的Web应用程序，搭建Web

服务器来动态显示传感终端所采集的温室数据。

关键词：ZigBee；CC2530；无线传感器网络；光照传感器

第一章绪论

论文背景

近几年来，随着物联网、传感器、电子标签、智能装备等技术的重大突破及广泛应用，也渐渐改变了农业传统的生产经营方法，扩大了农业的发展空间。近年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、光照度、CO2浓度等环境因子对作物的生产有很大的影响。

传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，目前国内可以实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情针对目前大棚发展的趋势，提出了一种大棚智能监控系统的设计。根据大棚智能监控的特殊性，需要传输大棚现场参数给管理者，并把管理者的命令下发到现场执行设备，同时又要使上级部门可随时通过互连网或者手机信息了解区域大棚的实时状况。基于GPRS的智能大棚监控系统使这些成为可能。

图1-1 农业大棚智能化监控

主要需求

在每个智能农业大棚内部署无线空气温湿度传感器、无线土壤温度传感器、无线土壤含水量传感器、无线光照度传感器、无线CO2传感器等，分别用来监测大棚内空气温湿度、土壤温度、土壤水分、光照度、CO2浓度等环境参数。为了方便部署和调整位置，所有传感器均应采用电池供电、无线数据传输。大棚内仅需在少量固定位置提供交流220V市电（如：风机、水泵、加热器、电动卷帘）。每个农业大棚园区部署1套采集传输设备（包含路由节点、长距离无线网关节点、Wi-Fi无线网关等），用来覆盖整个园区的所有农业大棚，传输园区内各农业大棚的传感器数据、设备控制指令数据等到Internet上与平台服务器交互。在每个需要智能控制功能的大棚内安装智能控制设备（包含一体化控制器、扩展控制配电箱、电磁阀、电源转换适配设备等），用来接受控制指令、响应控制执行设备。实现对大棚内的电动卷帘、智能喷水、智能通风等行为的实现[1]。

第二章系统分析

设计原理

该检测系统充分利用ZigBee技术的软、硬件资源,辅以相应的测量电路和SHT10数字式集成温湿度传感器等智能仪器,能实现多任务、多通道的检测和输出。并且通过RS232接口实现与上位PC机的连接,进行数据的分析、处理和存储及打印输出等。它具有测量范围广、测量精度高等特点,前端测量用的传感器类型可在该基础上修改为其他非电量参数的测量系统。温湿度检测系统采用SHT10为温湿度测量元件。系统在硬件设计上充分考虑了可扩展性,经过一定的添加或改造,很容易增加功能。根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息，利用串口通信RS-232将传感器信息发送给上位计算机，然后再接到上位计算机上进行显示，报警，查询。监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。与此同时，监控中心可向现场控制器发出控制指令，监测仪根据指令控制风机、水泵、等设备进行降温除湿，以保证大棚内作物的生长环境。监控中心也可以通过报警指令来启动现场监测仪上的声光报警装置，通知大棚管理人员采取相应措施来确保大棚内的环境正常[2]。

图2-1 总线型架构图

系统节点设计

数据采集节点及其基站节点是一组安放在蔬菜大棚实地内的传感器和无线通信模块的终端集合。主要是负责大棚内空气的温湿度的数据采集，并接收从基站发来的指令，定时通过无线模块将本节点采集到的温湿度数据传输给基站节点。

图2-2 采集节点结构

1、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，个时间间隔可以是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控制命令来完成设置的。PPP(Point-to-Point Protocol)协议是在设计和实现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，并按照顺序传递据包。