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基于ZigBee技术的农业温室大棚监控及智能控制方案一概述“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。
业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。
目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。
我国也正在高度重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。
智能控制是为了达到节能、舒适、便利的目的，要求对市政、家庭、农业等的智能控制和监视制定细致的策略和方案。
但是，传统的智能控制系统由于很多因素的制约，很难达到要求。
为了解决这些问题，业界尝试了很多办法，但基本上都属于封闭式的，多采用私有协议，彼此间难以互通，导致结构不透明，灵活性、扩充性不佳。
从长远看，智能控制系统的发展趋势是走向开放，尤其是智能控制与互联网的融合是其中一个重要发展趋势。
智能农业控制通过实时采集农业大棚内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤水分等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。
可以根据用户需求，随时进行处理，为农业生态信息自动监测、对设施进行自动控制和智能化管理提供科学依据。
大棚监控及智能控制解决方案是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农作物温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度等环境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备(如远程控制浇灌、开关卷帘等)。
二项目需求在每个智能农业大棚内部署空气温湿度传感器2只，用来监测大棚内空气温度、空气湿度参数；每个农业大棚内部署土壤温度传感器2只、土壤湿度传感器2只、光照度传感器2只，用来监测大棚内土壤温度、土壤水分、光照度等参数。
所有传感器一律采用直流24V电源供电，大棚内仅需提供交流220V市电即可。
每个农业大棚园区部署1套采集传输设备（包含中心节点、无线3G路由器、无线3G网卡等），用来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。
基于ZigBee无线传感器网络的温室大棚环境测控系统设计沙国荣;赵不贿;景亮;李彦旭【期刊名称】《电子技术应用》【年(卷),期】2012(38)1【摘要】设计了基于ZigBee技术的多参数、低成本、集测量与控制一体的无线测控系统,以用于实现远程测控.该系统采用ZigBee无线收发模块采集温室大棚中的温度、湿度、光照等参数,并将其发送到ZigBee网关进行处理,然后通过Internet上传到上位机,上位机通过网关发送温度、湿度、光照等控制命令到ZigBee终端节点,控制相应设备以调节大棚中相关参数,从而实现对温室大棚的远程测量与控制.实验表明本系统运行效果良好,功耗小、移动性强、被测数据可以实时上传到上位机进行显示和记录.%The paper presented a wireless system with multi parameters and low cost, which integrates measure and control function based on ZigBee technology, to implement remote control. The system uses ZigBee wireless transceiver module to collect parameters in greenhouse such as temperature, humidity and illumination, and sent to ZigBee gateway for processing, and then uploaded to PC by Internet. PC sends temperature, humidity and illumination control command by gateway to ZigBee end nodes to control related equipment to adjust the corresponding parameter in greenhouse, which implements measuring and controlling greenhouse remotely. Tests indicate that the system runs well with small consumption and good mobility, and the data can be uploaded to host computer for real-time display and record.【总页数】4页(P60-62,65)【作者】沙国荣;赵不贿;景亮;李彦旭【作者单位】江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】S126【相关文献】1.基于Zigbee无线网络的温室大棚环境监测系统设计 [J], 左鹏;王晓东;2.基于ZigBee的温室大棚环境远程监控系统设计 [J], 张天恒;刘小枫;瞿宝华;贾彦平3.基于ZigBee的温室大棚环境远程监控系统设计 [J], 张天恒;刘小枫;瞿宝华;贾彦平4.基于ZigBee的温室大棚环境远程监控系统设计 [J], 郑晓茜;邵帅飞5.基于Zigbee无线传感器网络的温室群测控系统设计 [J], 王宗刚;朱志斌;张志成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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技术的温室大棚监控
近年来在国内外的市场上出现了众多采用GPRS技术的温室大棚监控设备，该技术和设备具有传输信息量大、可远程操控及具有较高的可靠性，但其设备造价和通信费都较高，因而很难得到广泛推广。
因此笔者开发了一种基于Zigbee技术的温室大棚监控系统，该系统具有低功耗、低成本、高可靠性、低复杂度、安装维护简单和扩展性强等优点，为温室大棚监控系统的推广提供了一个不可多得的平台。
1 Zigbee无线通信技术系统结构
Zigbee是符合IEEE 802.15.4标准的新兴无线网络通信协议，其发起组织Zigbee联盟于2004年底发布了最早的1.0版本规范，之后相继推出了Zigbee2006和Zigbee PRO两个升级版本。
有关Zigbee的产品还大多处于研究阶段，但鉴于其众多的优点，相信不久，基于Zigbee技术的产品将会得到迅速普及应用。
∗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。
www�ele169�com | 23智能应用0 引言从古到今，农业一直是一个国家重要的基础经济，在国家经济的发展中扮演着一个重要角色。
在2020年时武汉正好又发生了新型冠状病毒疫情，使得国家经济也产生了一定影响，农产品供不应求，物价很快出现上张趋势，如何提高农产品的产量，加快农作物的生产周期，保证农产品丰富多样快速供应，根据国内外参考可以发现，使用农作物的温室大棚种植是一个非常不错的选择，但如何设计温室大棚，管理温室大棚，使温室大棚充分发挥出他的大棚种植优势就非常重要了。
本文在总结前人的大棚种植技术上利用ZigBee 无线通信优势，在不破坏农作物生长的地形，水土，农作物等其他有害农作物生长的形式下设计了一个基于ZigBee 无线通信的温室大棚管理系统，通过在投入实际大棚管理中可以很好的满足温室大棚的管理需求。
1 总体设计概述本系统结合计算机技术，移动终端，无线通信技术的各种优势，在管理上朝着数字化，精准化农业大棚方向设计，主要包含的管理内容如图1所示。
图1 智能温室控制系统组成框图温室大棚控制系统主要分三个部分构成，第一部分为监控管理终端，第二部分为组网与发送指令系统，第三部分为大棚节点控制终端。
监控管理终端可以是电脑，也可以是移动设备，他们通过RT5350无线WiFi 链接第二部分，也可以通过Internet 链接外部世界，在这里，监控管理终端主要观测大棚的温度，湿度和光照等农作物的参数是否满足农作物的生长，如果发现哪项参数需要补充或调整时及时发出控制指令。
第二部分组网与发送指令系统我们简称为ZigBee 网关，ZigBee 网关的组成又可分为两部分，一部分是由CC2530无线组网部分，该部分一方面为温室大棚各控制终端ZigBee 控制口组建无线网，另一方面又可以传递第一部分监控管理终端向温室大棚发出的控制接口指令；另一部分是RT5350无线嵌入式通信部分，RT5350芯片设备为便携式无线路由器 ，最高传输速率 150Mbps，它为监控管理终端与ZigBee 网关的无线通信连接通道提供了保障。
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:********** ****:**装订交卷日期:2015.04.28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；2.平时成绩占20%、卷面评阅成绩占50%、答辩成绩占30%，在上面的评分表中，可分别按20分、50分、30分来量化评分，三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。
教务处制注：1.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。
教务处第一章绪论 (3)1.1 论文背景 (3)1.2 主要需求 (4)第二章系统分析 (5)2.1 设计原理 (5)2.2 系统节点设计 (6)2.3 系统总体架构 (8)第三章系统硬件设计 (10)3.1 Zigbee节点硬件设计 (10)3.2 传感器节点硬件设计 (10)3.3 光照数据采集节点设计 (12)第四章基站节点设计 (14)4.1 ZigBee技术概述 (14)4.2 ZigBee技术优缺点 (14)4.3 ZigBee网络配置 (15)4.4 ZigBee工作模式 (17)第五章系统测试 (19)5.1系统测试步骤 (19)5.2 系统测试结果 (19)5.2.1 系统硬件测试 (19)5.2.2 协议栈测试 (20)5.2.3 上位机测试 (20)5.3系统测试结果分析 (21)总结 (23)参考文献 (24)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1.1 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1.2 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2.1 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2.2 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。
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。
数据采集节点主要由电源模块、处理器模块、温湿度传感器收集模块和无线通信模块4个模块构成的：（1）电源：采用两节1.5V的纽扣电池组成的3V直流电为整个系统供电。
（2）处理器模块和无线通信模块：采用增强型工业标准的CC2530核心板，它是加强版的Zigbee模块。
（3）温湿度传感器收集模块：采用CC2530核心板集成光照传感器SHT10。
2、温湿度采集节点也是基于Zigbee通信协议的终端设备。
Zigbee的基础是IEEE 802.15.4,但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。
与其他无线标准802.11或802.16不同，Zigbee以250Kbps的最大传输速率承载有限的数据流量。
它满足国际标准组织(ISO)开放系统互连(OSI)参考模型，主要包括物理层、数据链路层。
3、Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗的无线可自组的网络技术。
主要用于近距离无线连接。
在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。
图2-3 混搭型架构图2.3 系统总体架构无线传感器网络终端节点主要由数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和电源管理模块组成。
数据采集模块负责通过各种类型的传感器采集物理信息；数据处理模块负责控制整个节点的处理操作、功耗管理以及任务管理等；数据通信模块负责与其他节点进行无线通信，它通过ZigBee无线电波将数据传送到路由节点或主协调器节点，路由节点再将数据转送到主协调器节点或经过上级路由节点转给主协调器节点，主协调器节点通过RS 232串口将所有信息汇集传至PC机或服务器。
本系统的模型主要分为四块:光照的数据采集节点、负责从节点接收数据并向主机发送数据的系统节点、主机（服务器）以及最终的用户。
图2-4 系统模型框架该系统由上位机（PC）监控端和下位机ZigBee网络两部分组成。
下位机ZigBee网络系统负责采集温室大棚内的光照数据，上位机负责显示光照数据并进行实时监控。
下位机ZigBee网络系统由光照传感器模块、路由器模块和协调器模块组成。
光照传感器模块主要负责采集、存储和上传光照信息。
路由器模块主要负责转发光照信息。
协调器模块主要完成光照数据的汇聚。
下位机ZigBee 网络系统和上位机之间通过RS-232串口进行通信。
当监测大棚光照信息时，首先通过上位机端监控软件设置好波特率和串口号等参数，然后协调器开始组建ZigBee网络，这时路由器节点和光照传感器节点开始加入ZigBee网络。
分布在各个大棚内的光照传感模块开始采集光照信息，并存储在Flash中，通过单跳或者多跳的方式发送到上位机，上位机监控端接收到温湿度信息后，把各个大棚内的光照信息显示出来。
ZigBee组网流程如下图2-5。
图2-5 无线网络形成流程第三章系统硬件设计3.1 Zigbee节点硬件设计ZigBee节点硬件主要由CC2530射频芯片和传感器构成。
CC2430芯片整合了高性能2.4 GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器内核和工业标准的增强型8051 MCU，还包括了8 KB的SDRAM、128 KB的Flash，是一种片上系统（SOC）解决方案。
将相应的传感器与CC2530的I／O引脚连接，可测得所需的温室环境参数，并通过ZigBee无线网络进行传输。
本文总体硬件设计是实现针对主协调器节点的设计与开发。
主协调器的硬件系统中包括CC2530通信模块、键盘电路模块、串口转USB模块、液晶显示模和电源电路模块等。
