基于Zigbee的智能温室大棚管理系统开发设计方案

基于ZigBee的智能农业温室大棚系统的设计作者：刘雪飞来源：《经济技术协作信息》 2018年第20期一、背景及意义我国是一个农业大国，农业的发展备受国家和社会重视。

近年来，农业温室基础设施发展迅速，但是在自动监控方面仍存在着诸多问题。

例如大棚覆盖区域较大，就需要大量的传感器节点构成大型监控网络，通过各种传感器采集诸如空气湿度、光照度、温度、土壤湿度、pH值、EC值等信息。

传统的温室监测与控制系统多采用有线连接或众多节点互相独立，这种传统方式布线复杂，使温室内线缆纵横交错、使用不便、安装维护困难、可靠性差等问题。

无线传感器技术满足温室应用需求可以代替有线连接。

在物联网高速发展的今天，众多智能家居已经将物联网技术推向了一个高潮，那么农业技术领域也可以承载物联网的高速列车得到长足的发展。

利用ZIGBEE无线技术，可以将传感器整合到无线传送网络中：通过在农业大棚内不同位置布置多个温度、湿度、光照、等传感器，对棚内环境进行检测，数据整合、预测从而对棚内的温湿度，光照等进行自动化控制。

通过更加精细和动态监控的方式，来对农作物进行管理，更好的感知到农作物的环境，达到高度自动化生产状态，提高资源利用率和生产力水平。

二、现存问题1．首先是成本较高。

一套智能化的控制系统成本主要包括硬件成本、运行成本和维护成本。

硬件成本包括各仪器仪表、通信线缆等。

2．其次是布线复杂。

温室中有大量分散的传感器和执行控制机构，这些装置的设置不仅数量大而且分布广，当温室内生产的果蔬作物更替时，可能需要改变这些装置的物理位置，而错综复杂的线路也需要重新铺设，工作量较大，任务繁琐。

3第三，故障解决难。

当数据处理中心无法正常接收数据时，很难知道是线路问题还是节点故障。

另外，目前的控制系统多采用基于现场总线的分布式模式，当总线出现故障时，虽然各控制节点尚能正常工作，但是上位机却无法正常管理整个网络。

三、实现方案1ZIGBEE技术。

ZIGBEE技术是IEEE（美国电子和电气工程师协会）研发的新一代无线通讯技术。

实用第一f智慧密集■BBaSEIEieSI3l3BBI3SeSBI3BBEIISBBBI3BI9@SI3eSI3aiSieEISeBI3ei3iaEIBBeBI3BaEIEII3SS@ieEl®基于ZigBee技术的农业大棚灯光智能控制系统杜冬雨，任淑霞，李廉杰（天津工业大学计算机科学与软件学院，天津300387）摘要：科技兴农是农业发展的必由之路，通信技术融入到传统农业大棚环境监测是其典型代表。

为确保农业大棚设置合理的照明系统，必须对大棚內光照强度进行精度监测。

针对当前棚內照明强度不能调节、布线复杂、成本高等缺点，提出了一种基于ZigBee技术的智能灯光控制系统。

采用了TI公司的无线射频芯片CC2530作为系统的硬件平台，根据农业大棚的实际场景对协议栈Z-Stack进行修改，利用拓扑网络实现自动组网，所提出的智能灯光控制系统具有低成本、低功耗的特点，此外，也可以在其他以无线传感网络为依托的场合中有一定的应用，具有良好的拓展功能。

关键词：智慧农业大棚；光源监测；无线传感器网络；ZigBee技术1研究背景我国是农业大国，农业关系着国民生计，传统农业生产过程受到自然资源和土地资源的限制，而且农户仅凭经验判断作物生长环境，无法精准满足作物生长所需 的条件[1]O智慧农业大棚是依靠科技将农业做大做强,其改变了传统农业的发展方式，可以人为为农作物生长提供所必须的条件[2]O光照是农作物生长的关键因素之一，传统的照明控制系统一有线控制系统，存在能耗高、布线复杂繁琐、可扩展应用性差，安装维护维修成本高等缺点。

随着科学技术的发展，智能化照明系统不仅能够满足作物对照明的基本需求，同时还具有能够改善照明的质量、减少大量的能源消耗、环境友好，安装维护维修费用低等众多优点。

智能的灯光控制系统和传统方式上的灯光控制系统对比，有众多优势。

首先，和传统照明方式中的一个开 光控制一个工具，或者一个总开关控制所有灯具照明相比，智能的灯光控制可以实现更为人性化的操作[3]，它在不同的环境下做出不同的响应，改变了一开即开、一关即关的状态，这样对于不同的灯具也有一定的好处，可以在提高工作效率的同时延长灯具的使用时间。

基于Zigbee无线网络智能温室控制系统的设计任冬冬;胡斌;王玉超;傅振涛;黄萌【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.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2017(000)029【总页数】3页(P45-46,48)【关键词】无线网络;ZigBee;智能温室;无线传输【作者】任冬冬;胡斌;王玉超;傅振涛;黄萌【作者单位】衢州学院,浙江衢州 324004;衢州学院,浙江衢州 324004;衢州学院,浙江衢州 324004;衢州学院,浙江衢州 324004;衢州学院,浙江衢州 324004【正文语种】中文【中图分类】TP277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。

温室为农作物提供了一个能透光、保温(或加温)适于生长的环境。

特备是在不适宜植物生长的季节，温室能提供生育条件和增加产量，还用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。

温室内存在各种变量参数(如温度、湿度等)，是一个多变量、多耦合、非线性、大滞后的复杂动态系统，需要由各种检测装置对环境因子进行检测，但往往检测出环境发生变化时再由执行机构来改变温室环境是滞后的，并不能实现实时监测实时调节。

因此建立一个有预见性、及时的控制系统来调节温室环境，以提供最为合适的农作物生长环境是非常有必要的。

基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现1. 引言1.1 研究背景智能温室大棚系统是利用先进的单片机技术和传感器技术来实现对温室环境的监测和控制的系统。

随着全球气候变暖和粮食供应压力的增加，智能温室大棚系统的研究和应用变得越来越重要。

当前，传统的农业生产方式已无法满足不断增长的粮食需求，而智能温室大棚系统的出现为农业生产带来了革命性的改变。

传统的温室大棚产品受限于人工操作和环境条件的限制，往往无法实时监测温室内外环境的变化，导致温室作物生长过程中出现问题。

设计并实现基于单片机的智能温室大棚系统具有重要的意义。

通过引入单片机技术和传感器技术，智能温室大棚系统可以实现对温室内外环境参数的实时监测和控制，如温度、湿度、光照等。

智能温室大棚系统还可以实现远程监控和控制，为农业生产提供更便捷、高效、智能化的解决方案。

研究基于单片机的智能温室大棚系统具有重要的理论和实际意义。

1.2 研究目的研究目的是基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现。

通过研究，旨在利用现代科技手段提高温室大棚的自动化程度，提升温室作物的生产效率和质量。

具体目的包括：1. 设计一套智能温室大棚系统，实现温室环境监测、控制和调节功能，实现对作物生长环境的精细化管控；2. 研究温室大棚系统中的传感器和执行器的选择、布局及调试方法，确保系统的稳定性和可靠性；3. 开发相应的软件模块，实现对温室大棚的智能控制，包括自动化灌溉、通风、照明等功能；4. 测试系统的性能，评估系统在实际作物种植环境中的使用效果和稳定性；5. 为农业生产提供更加智能、高效的技术手段，推动农业现代化发展，提升粮食生产能力和质量。

1.3 研究意义智能温室大棚系统的研究意义主要体现在以下几个方面：智能温室大棚系统的设计与实现能够有效提高农作物的产量和质量。

通过智能温室大棚系统，我们可以实现精确的环境控制，包括温度、湿度、光照等参数的实时监测和调节，从而为作物提供更适宜的生长环境。

毕业论文（设计）基于ZigBee组网技术的智能温室自控系统设计学生姓名：张洪林指导教师：崔新忠、讲师合作指导教师：专业名称：自动化所在学院：信息工程学院2014 年 6 月摘要本文以ZigBee技术为核心，采用通用性思想和模块化设计的思路，用无线传感网络技术解决温室大棚内的农作物生长的智能自动控制系统。

设计了基于ZigBee组网技术的数据采集节点，对温室内湿度、温度和CO2浓度等环境因子的数据采集，搭建了基于ZigBee的星型网络，实现了采集数据与控制数据的无线传输。

利用PLC作为控制机构，根据已经设置的环境阈值对相应的执行机构进行控制，启动相应调控设备，从而使温室环境符合生物的生长规律。

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。

关键字：ZigBee组网，温室，环境因子监控，无线传感器网络，自动控制AbstractThis article is for a intelligent automatic control system which is for ZigBee technology as the core technology of wireless sensor networks to solve the crops grown in greenhouse, design of the data acquisition node that is based on the ZigBee networking technology,collection the environmental factors data on greenhouse (humidity, temperature and carbon dioxide concentration), build a star network based on ZigBee,it has been achieved that the data of acquisition and control based on wireless net ing PLC as a control mechanism, according to the environment of already set threshold value to control the corresponding actuator, start the corresponding control device, which accords with the growth law of biological greenhouse environment.it is a good solution to the problem of real-time data monitoring,changed the relative backwardnessin the past only by the operator by observing the crop growth status and conduct forecasting,and it can achieved that the real-time automatic monitoring of crops,promote the efficient use of resource-intensive production,thus the most substantial increase in agricultural productivity.Key works: ZigBee network, greenhouse, monitoring of environmental factors, wireless sensor networks, automatic control目录摘要 IAbstract II第一章前言 11.1 研究目的和意义 11.2 研究背景以及国内外研究现状 11.3 目前研究存在的问题 2第二章系统总体方案的设计 32.1 总体方案的设计 32.2 系统子节点的设计 42.3 本次毕设中主要要解决的问题和实现功能的方案 4第三章 ZigBee无线网络模块设计 63. 1 ZigBee技术及其组网选择 63. 2 ZigBee无线网络传输模块硬件设计 93. 3 数据采集模块与ZigBee模块硬件连接 143. 4 ZigBee无线传输模块软件设计 14第四章控制数据采集模块设计 174. 1传感器的选择 174.2 数据采集模块的硬件设计 174. 3 数据采集模块的软件设计 20第五章 PLC控制系统的设计 225.1温室自动控制系统的分析与设计 225.2 PLC控制系统硬件电路设计 245.3 PLC控制系统软件程序设计 245.4基于RS-485网络的PLC控制系统设计 24第六章基于ZigBee的温室智能自动监控系统性能调试 27 6.1 传感器数据采集系统的调试 276.2 ZigBee无线数据传输系统调试 276.3 PLC自动控制系统的调试 276.4 系统整机综合调试 27第七章总结与展望 297.1 总结 297.2 展望 29致谢 30参考文献 31第一章前言1.1 研究目的和意义伴随着新兴技术的快速发展，信息科学日新月异的技术发展，无线传播技术已经开始渗透于人类生活中的各个领域。