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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。
《智慧农业大棚监控系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的发展，智慧农业成为了农业领域发展的重要方向。
智慧农业大棚监控系统是智慧农业的重要组成部分，通过集成物联网、传感器、大数据等先进技术，实现对农业大棚环境的实时监测和智能调控，提高农业生产效率和产品质量。
本文将介绍智慧农业大棚监控系统的设计与实现过程。
二、系统设计1. 系统架构设计智慧农业大棚监控系统采用分层设计的思想，主要包括感知层、传输层、应用层。
感知层负责采集大棚环境数据，传输层负责将数据传输到服务器端，应用层负责数据的处理和展示。
2. 硬件设计（1）传感器：传感器是智慧农业大棚监控系统的核心组成部分，主要包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO2浓度传感器等，用于实时监测大棚环境参数。
（2）控制器：控制器负责接收传感器数据，并根据预设的阈值进行相应的调控操作，如调节温室遮阳帘、通风口等。
（3）网络设备：网络设备包括无线通信模块和有线网络设备，用于将传感器数据传输到服务器端。
3. 软件设计（1）数据采集与处理：软件系统通过与硬件设备的通信，实时采集大棚环境数据，并进行预处理和存储。
（2）数据分析与展示：软件系统对采集的数据进行分析和挖掘，通过图表、报表等形式展示给用户，帮助用户了解大棚环境状况和作物生长情况。
（3）智能调控：软件系统根据预设的阈值和调控策略，自动或手动调节温室设备，如调节温室遮阳帘、通风口等，以保持大棚环境在最佳状态。
三、系统实现1. 硬件实现硬件设备选型与采购：根据系统需求，选择合适的传感器、控制器和网络设备，并进行采购。
设备安装与调试：将硬件设备安装在大棚内，并进行调试，确保设备能够正常工作并采集准确的数据。
2. 软件实现（1）数据采集与处理模块：通过与硬件设备的通信，实时采集大棚环境数据，并进行预处理和存储。
采用数据库技术对数据进行管理和维护。
（2）数据分析与展示模块：通过数据分析算法对采集的数据进行分析和挖掘，以图表、报表等形式展示给用户。
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。
基于单片机的农业大棚智能监控网络系统设计随着科技的发展和人工智能的应用，农业大棚智能监控系统已经成为农业生产中不可或缺的一部分。
这个系统可以帮助农民监测植物生长环境的各种参数，辅助农民进行农作物的及时管理和调控，提高生产效率和质量。
在这篇文章中，我们将介绍一个基于单片机的农业大棚智能监控网络系统的设计，以及它的工作原理和应用前景。
一、系统设计概述1）系统功能基于单片机的农业大棚智能监控网络系统通常包括环境监测模块、数据传输模块、数据处理模块和用户界面模块。
系统的功能主要包括：- 监测大棚内温度、湿度、光照等环境参数；- 基于传感器数据，实时分析大棚内环境的变化；- 控制通风、灌溉等设备，实现远程操控；- 数据传输和存储，实现数据的远程监控和管理；- 用户界面的设计，便于农民远程监控和管理。
2）系统组成系统主要由传感器、单片机、无线通信模块、执行器等组成。
传感器用于采集环境参数数据，单片机负责数据处理和控制，无线通信模块用于数据传输和远程控制，执行器用于执行控制指令。
3）系统优势相比传统的农业生产方式，基于单片机的农业大棚智能监控网络系统具有以下优势： - 实时监测：可以实时监测大棚内的环境参数，及时发现和解决问题；- 远程控制：农民可以通过手机或电脑远程控制大棚内的设备，方便灵活；- 数据分析：系统可以通过数据分析，为农民提供决策参考；- 节约成本：降低人工成本和资源浪费，提高生产效率和质量。
二、系统工作原理1）传感器采集数据传感器负责采集大棚内的环境参数数据，包括温度、湿度、光照等。
不同类型的传感器可以满足不同的监测需求，比如温湿度传感器、光照传感器等。
2）单片机数据处理单片机负责接收传感器采集的数据，并进行处理和分析。
单片机可以根据预设的环境参数范围，判断当前环境是否符合要求，如果不符合要求，可以发出报警或控制指令。
3）无线通信模块传输数据单片机处理后的数据通过无线通信模块传输到远程监控中心或用户手机、电脑上。
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:雪系部:物联网班级:物联网1203班学号:2012270051 指导教师:靖装订交卷日期:2015.04.28毕业设计（报告）成绩评定记录表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。
教务处制毕业设计（报告）成绩评定记录表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 (4)1.1 论文背景 (4)1.2 主要需求 (5)第二章系统分析 (6)2.1 设计原理 (6)2.2 系统节点设计 (7)2.3 系统总体架构 (9)第三章系统硬件设计 (12)3.1 Zigbee节点硬件设计 (12)3.2 传感器节点硬件设计 (13)3.3 光照数据采集节点设计 (15)第四章基站节点设计 (18)4.1 ZigBee技术概述 (18)4.2 ZigBee技术优缺点 (18)4.3 ZigBee网络配置 (20)4.4 ZigBee工作模式 (23)第五章系统测试 (25)5.1系统测试步骤 (25)5.2 系统测试结果 (25)5.2.1 系统硬件测试 (25)5.2.2 协议栈测试 (27)5.2.3 上位机测试 (27)5.3系统测试结果分析 (28)总结 (30)参考文献 (31)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。
基于单片机的农业大棚智能监控网络系统设计随着农业现代化的发展，大棚种植已经成为我国农业的重要组成部分。
为了提高大棚种植的生产效率以及产品质量，人们开始引入先进的技术来实现大棚的智能化管理。
本文将讨论基于单片机的农业大棚智能监控网络系统设计，通过单片机技术实现大棚环境监测、自动控制和数据远程传输，以实现对大棚环境的实时监控和精准管理。
一、系统设计概述随着信息技术的不断发展，农业大棚监控系统已经不再局限于传统的人工管理和简单的自动控制，而是向智能化、网络化、自动化方向迈进。
基于单片机的农业大棚智能监控网络系统设计就是要利用单片机技术，结合传感器、执行器和通信技术，构建一个完整的大棚智能监控网络系统，实现对大棚环境的实时监测和精准控制。
二、系统组成1. 硬件组成（1）传感器部分：包括温湿度传感器、光照传感器和土壤湿度传感器等，用于监测大棚内的温度、湿度、光照强度和土壤湿度等环境参数。
（2）执行器部分：包括风扇、加热器、灌溉装置等，用于对大棚内环境进行控制调节，使大棚内的环境参数保持在适宜的范围内。
（3）单片机部分：作为系统的核心控制器，负责采集传感器信息、控制执行器动作，并通过通信模块与上位机进行数据传输。
2. 软件组成（1）嵌入式控制软件：主要负责单片机的程序设计，实现对传感器和执行器的控制和数据处理。
（2）上位机监控软件：用于实时监测大棚环境参数、远程控制大棚内设备，并对数据进行分析和记录。
三、系统工作流程1. 数据采集：系统通过温湿度传感器、光照传感器和土壤湿度传感器等传感器实时监测大棚内的环境参数，并将采集到的数据传输给单片机处理。
2. 数据处理：单片机对传感器采集到的环境参数进行处理和分析，根据预设的阈值和控制策略，判断大棚内的环境是否需要调节。
3. 自动控制：如果发现大棚内的环境参数超出了预设的范围，单片机将控制执行器动作，调节大棚内的环境参数，使其恢复到适宜的范围内。
4. 数据传输：单片机通过通信模块将实时监测的环境数据和控制结果传输给上位机，实现对大棚环境的远程监控和控制。
-136-数字输出接口，无需任何外部器件，对红外线的影响很小。
3）二氧化碳传感器采用MG811，该传感器具有以下特点：对二氧化碳有很高的灵敏度和良好的选择性；具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；快速的响应恢复特性；自带温度补偿输出；输出模拟信号。
4）土壤湿度传感器模块主要芯片为运放、湿度感应探头，具有信号输出指示灯，低电平有效输出指示灯亮；带TTL高/低电平信号和模拟信号输出；湿度感应灵敏度可通过电位器调节；输出模拟信号。
传感器模块的关键技术：在这个部分的设计上，体现出传感器数据采集的通用性，在一片单片机芯片上，充分利用它的I/O口，作为传感器的数据输入，可同时采集多块传感器的数据，而这些传感器可以是同一种，也可以是不同种类，只需在程序里稍作修改，在具体实际应用中，可以即插即用，实现了本系统的通用性。
单片机数据采集的通用性结构如图4所示。
3.1.4 485通讯协议模块针对目前温室面积增大，需要挂接的传感器种类和数量不断增多。
温室内监控装置布线困难，以及由此引起的传输线过长、信号在传输过程中衰减严重的情况。
系统采用RS-485总线多级分布式结构，只需要一个Zigbee作为终端，每个温室区域都有各自的ID地址，这样在PC机上我们就可以清楚地看到不同温室的环境参数情况。
因此，避免了信号因长距离传输引起的损耗，简化系统布线同时便于系统扩展，框架图如图5所示：3.1.5 Zigbee无线组网传输模块Zigbee技术是一种新型的具有统一技术指标的应用于短距离范围内、低速率传输的无线通信技术，其具有功耗低、成本低、数据传输可靠、网络容量大等特点。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4技术标准，通过这个标准协议，众多传感器之间可以进行协调通信，同时这些传感器的功耗很低，各个传感器间进行可以以接力的方式传输数据。
由于ZigBee应用的低带宽要基于Zigbee技术的智能大棚远程监控系统的设计与实现The design and implementation of remote monitoring syetem of intelligentgreenhouse based on Zigbee technology扬州大学信息工程学院 孙正卫 张正华 张荣蜀 王晓天 王靖义Sun Zhengwei Zhang Zhenghua Zhang Rongshu Wang Xiaotian Wang Jingyi（school of information engineering，Yangzhou university，Yangzhou 225000，Jiangsu，China）【摘要】设计了一个基于Zigbee协议的温室远程监控系统，利用物联网及分布式传感器网络将温室内的环境参数进行采集、存储、处理、传输和输出，根据数据显示远程控制温室环境。
基于嵌入式系统的农业温室大棚监控系统方案设计引言托普物联网研究发现智能大棚是基于嵌入式系统和无线传感器网络的自动控制系统，整个系统由无线监控节点、传感器、变频器和全GUI的人机控制终端等组成。
各种传感器、语音呼叫和控制状态数据由安置在各个大棚里的监控节点来采集，再通过无线局域网传输到控制中心，计算机根据预先设定的数据，通过数据比较结合PID算法来精确控制各个控制终端。
用户可以随时调整这些自动控制，以便让大棚始终处于一个最佳生长环境。
1 系统设计方案系统设计主要分为两个部分，即终端虚拟控制平台系统和大棚基站系统的设计，与传统的仪器相比，基于计算机的虚拟仪器的优势就是它可以方便地进行组网通信，实现连栋大棚的规模化管理，提高系统的灵活性。
首先，系统通过大棚基站内的无线传感器节点对棚内的各个环境参数进行采集（如温度、湿度、光强、CO2浓度等），然后经过数据处理，再发送给终端虚拟控制中心，终端再通过数据比较和自适应PID控制算法发出控制指令，大棚基站接到控制指令后，对棚内的外围电气设备进行相应的控制，从而改变棚内的环境参数。
如果在设定的时间内没有接到终端的控制指令，大棚基站则会通过与内部设定的环境参数的比较，对相应的电气设备进行控制操作，这种方法的好处是可以避免在终端维修或网络繁忙时出现数据遗失所造成的大棚基站失控。
此外，终端和基站、基站和基站之间还可以进行语音呼叫，使终端用户可以随时和各棚内的工作人员进行联系，了解大棚基站的运作状况。
其系统结构框图如图1所示。
图一、系统结构框图2 系统硬件设计系统监控主要由大棚基站和PC终端机两部分组成，PC机终端是整个系统的数据管理和控制决策中心，根据棚内的具体参数，由终端系统专家发出最合理的参数设置和控制指令。
大棚基站通过无线传感器网络节点进行数据采集，并与PC机终端所设定的参数进行比较，从而对外围电气设备进行控制，以改变棚内的环境，使棚内达到一个最佳的生长环境，并把棚内的环境参数、电气设备的状态反馈给PC机终端。
摘要随着农业应用技术的发展，温室大棚已成为高效农业的一个重要组成部分。
因此对农业生产环境的一些重要参数进行检测与控制就显得十分必要，而这些重要参数包括光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等。
这些参数是改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对植物生长的影响。
本次毕业设计内容是基于单片机的温室大棚光照强度监控系统的设计，主要从硬件设计和软件设计两个方面着手。
硬件方面以单片机为主处理器，由光敏二极管采集光照强度送给A/D转换单元ADC0809，经过A/D转换后将信号传递给单片机进行处理，单片机会根据处理结果发出执行显示和是否启动控制电路的指令。
另外还有单片机的复位电路、X5045存储电路、为ADC0809提供时钟信号的分频电路以及由三极管和继电器组成的控制电路。
硬件电路的绘制采用计算机辅助设计来实现。
硬件电路的调试采用静态调试与动态调试相结合的方法实现。
软件方面主要包括主程序、中断采集程序、显示程序，按键处理程序、调节程序以及存储程序等。
通过主程序对各子程序进行调用来完成整体的功能,实现对温室大棚光照强度的监测和控制。
通过对温室大棚光照强度的实时监控，既避免了传统方法的弊端又能提高农作物的产量，从而带来更多的经济效益。
关键词：监控系统；单片机； A/D转换器；显示器；光照传感器AbstractWith the development of application technology of agriculture, greenhouse efficient agriculture has become an important part. Therefore, the agricultural production environment some important parameters to detect and control it is very necessary, and these important parameters, including light, light intensity, humidity, carbon dioxide concentration. These parameters are changing the plant growth environment, to create the best conditions for plant growth, avoiding the outside world changing seasons and harsh climate on plant growth.The graduation design is a microcontroller-based greenhouse light intensity monitoring system design, mainly from the hardware design and software design two aspects. Hardware-based single-chip processor, the light intensity collected by the photodiode give A / D conversion unit ADC0809, after A / D conversion will be processed signal to the microcontroller, the microcontroller will be performed according to the results issued by the control display and whether to start circuit instruction. Another microcontroller reset circuit, X5045 memory circuit for providing a clock signal ADC0809 divider circuit and composedby the transistor and relay control circuit. Hardware circuit drawn using computer-aided design to achieve. Debug hardware circuit debugging using static and dynamic debugging of combining methods. Software includes the main program, interrupt collection procedures, display program, key processes, regulate procedures and storage procedures. Through the main program for each subroutine call to complete the overall function of light intensity to achieve the greenhouse monitoring and control.Greenhouse light intensity through real-time monitoring, both to avoid the drawbacks of traditional methods can increase crop yield and thus bring more economic benefits. [1]Key words:Monitoring System; AT89S52；ADC0809；Monitor; Light sensor目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 本次设计的目的与意义 (1)1.3 国内外研究现状 (2)1.4 主要研究内容 (3)第二章系统方案设计 (4)2.1 设计要求 (4)2.2 传感器方案的选定 (4)2.2.1 光电式传感器简介 (4)2.2.2 传感器的性能比较 (4)2.2.3 传感器的选定 (5)2.3 总体设计方案 (5)2.4 方案执行注意事项 (6)第三章系统硬件电路的设计 (7)3.1 硬件设计过程 (7)3.2 总体设计构成 (8)3.3 基本电路设计 (9)3.3.1 单片机简介 (9)3.3.2 基本电路 (9)3.4 储存单元 (11)3.4.1 X5045功能应用 (11)3.4.2 储存单元电路 (11)3.5 键盘电路和显示电路部分 (12)3.6 检测电路部分 (12)3.7 A/D电路部分 (14)3.8 调节电路部分 (15)第四章软件设计 (17)4.1 主程序设计 (17)4.2 按键处理程序 (17)4.3 光照强度中断采集程序 (18)4.4 光照强度显示程序 (19)4.5 光照强度调节程序 (20)第五章整机调试 (21)5.1 硬件调试 (21)5.1.1 静态调试 (22)5.1.2 动态调试 (22)5.1.3 使用光敏二极管的注意事项 (22)5.1.4 硬件调试出现的问题 (23)5.2 软件调试 (23)第六章计算机辅助设计 (25)6.1 原理图设计 (25)6.2 PCB图设计 (26)6.3 keil软件简介 (26)致谢 (29)附件一元件列表 (30)附件二原理图 (31)第一章绪论1.1 研究背景信息技术已成为当今全球性的战略技术，作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件——传感器，已经成为各个应用领域，特别是自动检测，自动控制系统中不可缺少的核心部件。
《智慧农业大棚监控系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的飞速发展，智慧农业逐渐成为农业现代化的重要方向。
智慧农业大棚监控系统作为智慧农业的重要组成部分，通过实时监测、控制和管理大棚环境，有效提高了农作物的产量和质量，降低了生产成本。
本文将详细介绍智慧农业大棚监控系统的设计与实现过程。
二、系统设计1. 需求分析在系统设计阶段，首先进行需求分析。
需求分析主要包括明确系统的目标、功能、性能等方面的要求。
针对智慧农业大棚监控系统，主要需求包括实时监测温度、湿度、光照等环境参数，控制灌溉、通风等设备，以及远程监控和管理。
2. 系统架构设计根据需求分析结果，设计系统架构。
智慧农业大棚监控系统采用分层架构设计，包括感知层、传输层、应用层。
感知层负责采集环境参数和设备状态信息；传输层负责将感知层采集的数据传输到应用层；应用层负责数据处理、分析和展示，以及远程监控和管理。
3. 硬件设计硬件设计是智慧农业大棚监控系统的重要组成部分。
硬件设备包括传感器、控制器、执行器等。
传感器用于采集环境参数和设备状态信息，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等；控制器用于接收上位机的指令，控制执行器的动作，如继电器控制器、电机控制器等；执行器包括灌溉设备、通风设备等。
4. 软件设计软件设计包括操作系统、数据库、监控软件等。
操作系统采用嵌入式系统，具有高稳定性、低功耗等特点；数据库用于存储感知层采集的数据和用户信息等；监控软件负责数据处理、分析和展示，以及远程监控和管理。
三、系统实现1. 传感器接口设计传感器接口设计是实现传感器与控制器通信的关键。
根据传感器的类型和通信协议，设计相应的接口电路和通信程序，实现传感器数据的实时采集和传输。
2. 数据传输与处理数据传输采用无线传输方式，通过无线通信模块将感知层采集的数据传输到应用层。
在应用层，通过数据处理程序对数据进行处理、分析和存储，以供远程监控和管理使用。
3. 监控软件实现监控软件采用模块化设计，包括数据采集模块、数据处理模块、用户界面模块等。
基于ZigBee的蔬菜大棚环境监控系统设计作者：李玮瑶等来源：《现代电子技术》2015年第12期摘要：根据现代农业种植智能化的需要，设计一种基于ZigBee技术的蔬菜大棚环境监控系统。
通过对传感器节点、协调器节点、路由器节点和终端控制器的硬件和软件设计，结合ZigBee传感技术实现了对棚内空气土壤温湿度、CO2浓度和光照强度等参数的无线监测和控制。
该系统很好地解决了传统蔬菜大棚管理中布线难、节点移动性差和系统可扩展性差等问题，满足了蔬菜大棚中环境参数自动监测的需要，具有很强的应用推广价值。
关键词：蔬菜大棚；环境监控； ZigBee；无线监测中图分类号： TN911⁃34； TP393 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）12⁃0051⁃040 引言大棚蔬菜对生长环境的要求很高，如何利用智能无线控制技术对棚内的温度、湿度、光照、CO2浓度等条件进行实时监控，是现代农业向智能化和信息化发展的必然趋势[1]。
传统监控方式一般采用离线的现场环境参数检测设备来实现大棚环境的监测，很难做到实时和在线监测，普遍存在缺乏灵活性、准确性较低，速度慢等问题[2⁃5]。
因此，本文依照物联网3层结构，采用 ZigBee无线传输技术实现数据的无线传输，使用传感器技术设计信息采集设备，利用嵌入式微处理器 LPC2103 设计显示终端，设计了一种蔬菜大棚智能无线监控系统。
本系统通过将信息采集设备结合嵌入式设计，保证数据实时性，降低了系统功耗。
通过可移动监测终端的设计，方便了管理人员随时查看监测数据。
具有可靠性高、可扩展性强、方便操作等特点，大大提高了蔬菜种植的经济和社会效益。
1 系统总体结构设计系统主要包括3个模块：信息采控模块、数据传输模块和控制终端模块。
采用主从式无线监控原理，在棚内布置多个监测节点，实时采集环境参数，并将采集到的数据传递给分节点，由分节点进行记录显示并通过ZigBee无线网络传到大棚主节点[6]，经过数据对比分析后发送给控制终端模块。
毕Array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。
教务处制毕业设计（报告）成绩评定记录表毕业设计（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 (22)1.1 论文背景 (22)1.2 主要需求 (33)第二章系统分析 (44)2.1 设计原理 (44)2.2 系统节点设计 (44)2.3 系统总体架构 (66)第三章系统硬件设计 (88)3.1 Zigbee节点硬件设计 (88)3.2 传感器节点硬件设计 (88)3.3 光照数据采集节点设计 (1010)第四章基站节点设计 (1212)4.1 ZigBee技术概述 (1212)4.2 ZigBee技术优缺点 (1212)4.3 ZigBee网络配置 (1313)4.4 ZigBee工作模式 (1515)第五章系统测试 (1717)5.1系统测试步骤 (1717)5.2 系统测试结果 (1717)5.2.1 系统硬件测试 (1717)5.2.2 协议栈测试 (1818)5.2.3 上位机测试 (1818)5.3系统测试结果分析 (1818)总结 (1919)参考文献 (2020)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。
《智慧农业大棚监控系统的设计与实现》篇一一、引言随着现代农业科技的飞速发展，智慧农业成为了农业生产的新趋势。
其中，智慧农业大棚监控系统以其智能化、精准化的特点，有效提升了农作物的产量与质量。
本文将详细阐述智慧农业大棚监控系统的设计与实现过程，以期为相关领域的研究与应用提供参考。
二、系统设计目标智慧农业大棚监控系统的设计目标主要包括以下几个方面：1. 实现大棚内环境参数的实时监测，如温度、湿度、光照等。
2. 对农作物的生长状态进行实时监控，以便及时发现异常情况。
3. 实现对大棚内设备的智能控制，如灌溉、通风、加热等。
4. 便于用户远程管理，实时掌握大棚内的情况。
三、系统设计原则在系统设计过程中，我们遵循了以下原则：1. 实用性：系统应具备操作简便、功能实用的特点，满足农业生产的需求。
2. 可靠性：系统应具备较高的稳定性与可靠性，确保数据准确无误。
3. 智能化：通过引入先进的物联网技术，实现系统的智能化管理。
4. 可扩展性：系统应具备良好的可扩展性，以便未来功能的增加与升级。
四、系统架构设计智慧农业大棚监控系统采用物联网技术，主要包括以下几个部分：1. 感知层：通过传感器实时监测大棚内的环境参数，如温度、湿度、光照等。
2. 网络层：将感知层采集的数据通过无线传输网络发送至服务器端。
3. 应用层：服务器端对接收到的数据进行处理与分析，将结果展示在用户界面上，同时根据用户操作实现对大棚内设备的智能控制。
五、系统实现1. 硬件设备选型与布设：根据系统设计目标，选择合适的传感器、执行器等硬件设备，并合理布设在大棚内。
2. 软件系统开发：包括感知层、网络层和应用层的软件开发。
感知层通过传感器采集数据，网络层将数据传输至服务器端，应用层对数据进行处理与分析，并展示在用户界面上。
3. 系统集成与调试：将硬件设备与软件系统进行集成，进行系统调试，确保系统的正常运行。
4. 用户界面设计：设计直观、易操作的用户界面，方便用户实时掌握大棚内的情况。
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: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；.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。
教务毕业设计（报告）成绩评定记录表注：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。
教务处目录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。
主协调器节点的主要功能是负责接收和存储传感器节点发送来的消息，并向传感器节点发布网络控制信息，同时与PC机进行数据交换。
其中串口转USB模块负责转换CC2530模块与PC机的通信信号；液晶显示模块负责节点工作状态的指示；电源模块通常采用持续电力供电，为主协调器节点提供运行所需的能量。
根据气象采集系统的需求设计硬件结构，并设计各部分电路，包括无线传输模块、CC2530接口模块、复位电路模块、电源电路模块、数据采集模块、扩展电路模块及外围电路。
图3-1 数据采集结构图3.2 传感器节点硬件设计传感器节点是由无线收发器CC2530、射频天线RFID、电源模块、晶振电路和串口电路组成。
由于CC2530芯片本身带有温度传感器，因而本实验直接采用了CC2530的内置温度传感器监测温度。
但是该温度传感器的精度有限，如果要求更高的精度，可以扩展出一个温湿度传感器，如SHT10。
