基于Zigbee的温室WSN系统设计

基于Zigbee的温室WSN系统设计
摘要：传统温室大棚常采用人工方式对温度、湿度等环境参数进行监控，费时费力。

针对其缺陷，对基于Zigbee技术的无线传感器网络技术在温室大棚的应用进行分析研究，设计了基于2430芯片的节点硬件电路，对RFD终端、路由器及网络协调器节点软件进行了研究及设计。

从实际运行情况可见，终端传感器采集到的数据可以通过无线网络上传给上位机进行显示、存储打印等。

基于Zigbee的温室WSN 系统可以降低工作者的劳动强度，便于组网和推广。

关键词：无线传感器网络；温室；Zigbee；CC2430
0引言
随着生活水平的提高，人们对生活的质量要求越来越高。

温室大棚应运而生，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等^[1]。

以前受经济和技术条件的限制，多数大棚采用人工方式进行检测和控制。

对于规模较大的大棚，人工方式既费时又费力。

由于其不易保存温湿度等历史数据的缺陷，不便于我们对温室里蔬菜等植物生长进行研究。

无线传感器网络研究是计算机科学与技术中一个新的研究领域。

随着近几年的发展，无线传感器网络已经逐渐得到行业和学术界的广泛关注，并且在军用和民用领域都具有巨大的应用前景^[2]。

本文在各监测点放置带有盛世瑞恩DB17110探头的RFD节点，由数字温湿度传感器DHT90实时采集各节点处温湿度信
息，经过RFD处理后通过无线网络传输到网络协调器，由网络协调器通过RS232串口上传至PC。

1WSN系统整体结构框图
温室大棚WSN系统由RFD、COORDINATOR、ROUTER组成^[3]，其结构如图1所示。

2硬件设计
硬件部分主要由cc2430芯片、盛世瑞恩DB17110探头组成，电路原理如图2所示。

CC2430芯片^[4]采用ZigBee技术的射频系统单芯片。

其芯片内部集成了增强型51内核MCU、闪存、IEEE802.15.4所需要的全部硬件，非常适合用于无线传感器系统。

盛世瑞恩DB17110探头采用了DHT90数字温湿度传感器，其技术参数如下表1所示。

温湿度换算程序如下：
void calc_sth11（float *p_humidity ，float *p_temperature）
……
t_C=t*0.01 –40.1；//温度转换系数
rh_lin=C3*rh*rh + C2*rh + C1；//相对湿度计算
rh_true=（t_C-25）*（T1+T2*rh）+rh_lin；//温度对湿度信号的补偿
if（rh_true>100）rh_true=100；
if（rh_true<0.1）rh_true=0.1；
*p_temperature=t_C；
*p_humidity=rh_true；
}
3系统软件设计
整个系统中节点有3种类型：RFD、ROUTER和COORDINATOR。

DHT90数字温湿度传感器将采集到的数据传输到RFD的51处理器进行处理，RFD的无线传输模块将处理后的数据通过ROUTER发送到COORDINATOR，网络协调器COORDINATOR 通过RS232接口将数据传输给上位机监控程序处理。

3.1终端节点
RFD节点的主要任务是将采集的数据，经过51处理器进行处理后，通过无线模块发送至路由器，其程序流程如图3所示。

switch （ppState）{
case PP_STATE_IDLE：//空闲状态
if（++count == 40000）//
{
ppState = PP_STATE_SEND；
count = 0；
}
break；
case PP_STATE_SEND：//发送数据状态
{
s_connectionreset（）；
error=0；
error+=s_measure（（unsigned char*）&humi_val.i，&checksum，HUMI）；
error+=s_measure（（unsigned char*）&temp_val.i，&checksum，TEMP）；
if（error！=0）
{s_connectionreset（）；
……}
else
calc_sth11（&humi_val.f，&temp_val.f）；payload[0]=temp_val.i；
payload[1]=humi_val.i；
}
ppState = PP_STATE_WAIT_FOR_TX；
aplSendMSG （APS_DSTMODE_SHORT，//以网络地址发送
&dstADDR，
2，
0，
1，
&payload[0]，//数据2，//数据长度
apsGenTSN（），
FALSE）；//不需要应用层应答
ppState = PP_STATE_WAIT_FOR_TX；
……
3.2路由器节点
路由器节点上电后检测WSN网络，如果有信号加入网络，获取相应地址，然后循环检测有无相邻路由器或者所属RFD传送的数据，再将其送给上一级路由器或者网络协调器。

路由器其部分程序如下：case PP_STATE_W AIT_FOR_TX：//等待发送数据完成
if （apsBusy（））break；//如果没有完成则继续发送
if （aplGetStatus（）== LRWPAN_STATUS_SUCCESS）
{
ppState = PP_STATE_IDLE；//发送成功切换到空闲状态
}
else
{
ppState = PP_STATE_SEND；//发送不成功，重新发送
}
3.3网络协调器节点
网络协调器主要负责启动整个网络负责启动整个网络、选择信道和PAN ID，将接收到的数据通过RS232串口上传上位机显示。

其串口上传至上位机部分程序如下：
jiedian=aplGetRxSrcSADDR（）；
ptr = aplGetRxMsgData（）；
ping_cnt = *ptr；
ptr++；
ping_cnt += （（UINT16）*ptr）<<8；
shidu =（BYTE）（ping_cnt >> 8）；
shuju[0]=shidu/10；
shuju[1]=shidu%10；
wendu = （BYTE）ping_cnt；
shuju[2]=wendu/10；
shuju[3]=wendu%10；
U0DBUF=0XFA；
while（UTX0IF==0）；
UTX0IF=0；
……
U0DBUF=0XFB；
UTX0IF=1；
4结语
本文将基于Zigbee技术的无线传感器网络应用于温室大棚网络应用中，减轻了农民的劳动强度、降低了人工成本。

该系统容易组网，具有低能耗、扩展性强的优点。

参考文献参考文献：
[1]温室[EB/OL].http：///view/309d75b769dc502 2aaea006b.html.
[2]MIN LIN，DONG YANG，GUO ZHENGWEI.An Uneven
ClusterBased Routing Protocol for Wireless Sensor Networks[C]//Prc.of the 1st International Conference on Information Science and Engineering，IEEE Computer Society，2009.
[3]LIU HAILONG，ZHANG GUIAING，SHEN BIN，et al.Wireless Sensor Networks Design for MultiAgent Systems[C].Proceedings of the 8th World Congress on Intelligent Control and Automation，2010.
[4]CC2430芯片数据手册[EB/OL].http：///download/hualinsen/3266585.。