ZigBee无线通信数传模块及数据采集模块在蔬菜工厂的应用

摘要目前，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；CC2430；无线传感器网络；温湿度采集AbstractCurrently, ZigBee technology has been widely used in close range transmission of wireless communications is increasingly playing an increasingly important role, especially in the agricultural and industrial control, medical protection. This design is intended to build a wireless sensor network (WSN), the adoption of ZigBee wireless communication technology, the use of a tree network topology, sensor nodes join the network temperature, humidity, light intensity and carbon dioxide concentration of the data collection and analysis will this applied to the detection and control of the environment on agricultural greenhouse, to avoid the cable network cabling problems and cost issues. This design uses a rational structure of the Web application, set up a Web server to dynamically display greenhouse data collected by the sensor terminal.Key words: ZigBee; CC2430; wireless sensor networks; temperature acquisitio目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (V)1.绪论 01.1研究的背景和意义 01.2 国外温室测控系统研究现状 01.2.1 国温室测控系统研究现状 01.1.2 国外温室测控系统研究现状 (1)2.系统分析 (3)2.1 系统总体架构 (3)2.2 系统设计原理 (4)2.3 系统节点设计 (5)3.系统概述 (7)3.1 数字温湿度传感器SHT10 (7)3.2 CC2430芯片 (9)3.3串行通信接口RS-232 (11)3.4 显示模块 (12)3.5 报警模块 (13)4.系统软硬件的设计 (14)4.1 系统硬件设计 (14)4.1.1 Zigbee节点硬件设计 (14)4.1.2 传感器节点硬件设计 (15)4.1.3 温湿度数据采集节点设计 (17)4.1.4 基站节点的设计 (20)4.2 系统软件设计 (25)4.2.1 Zigbee网络软件设计 (25)4.2.2 传感器终端软件设计 (25)4.3 服务端的设计和实现 (26)4.4 远程主机端的设计和实现 (26)5.系统测试 (28)5.1系统测试步骤 (28)5.2系统测试结果 (28)5.2.1 系统的硬件测试 (28)5.2.2 协议栈的测试 (28)5.2.3 GPRS测试 (28)5.2.4 上位机的测试 (28)5.3系统测试结果分析 (29)结论 (30)参考文献 (31)致 (32)前言随着我国国民经济的发展人民生活水平日益提高,冬季大棚蔬菜市场日渐扩大。

第27卷第6期农业工程学报V ol.27 No.6 208 2011年6月Transactions of the CSAE Jun. 2011基于Zigbee的果蔬冷链配送环境信息采集系统郭斌1,2，钱建平1，张太红2，杨信廷1※（1. 国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100097；2. 新疆农业大学计算机与信息工程学院，乌鲁木齐 830052）摘要：根据果蔬产品冷链配送对环境监控的多测点、多要素和便捷性等方面的要求，以基于Zigbee技术的JN5139为无线节点信息处理的核心，结合温湿度传感器模块设计了采集节点，构建了车载环境中的无线传感器网络，结合嵌入式和.net技术开发了果蔬冷链配送环境信息采集上位机软件，解决了数据采集和实时监测的问题。

整个环境信息采集系统在温度分别为0、5和12℃及相对湿度为90%环境下对冷藏运输车内不同位置进行了数据传输包收发率的测试。

结果表明，该系统工作性能稳定，在数据采集和传输等方面均达到了设计要求，可以方便地应用于冷链运输过程中进行环境信息的采集与监测。

关键词：无线传感器网络，冷藏，数据采集，Zigbeedoi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.06.038中图分类号：TP274+.5 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2011)-06-0208-06郭 斌，钱建平，张太红，等. 基于Zigbee的果蔬冷链配送环境信息采集系统[J]. 农业工程学报，2011，27(6)：208－213.Guo Bin, Qian Jianping,Zhang Taihong, et al. Zigbee-based information collection system for the environment of cold-chain logistics of fruits and vegetables [J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(6): 208－213. (in Chinese with English abstract)0 引 言随着人民生活质量的不断提高及中国入世后农产品流通面临的新挑战，农产品安全问题引起了越来越多人的重视[1]。

无线传输技术在农业领域的创新应用随着科技的迅猛发展，无线传输技术正在逐渐渗透到各行各业，农业领域也不例外。

无线传输技术的广泛应用，为现代农业带来了许多革新，提高了农业生产效率和质量。

本文将从数据采集、监测与控制、智能种植等方面，探讨无线传输技术在农业领域的创新应用。

一、数据采集在农业生产中，数据采集是非常重要的一环。

传统的数据采集方法需要人工参与，耗时且易于出错。

而利用无线传输技术，可以实现对农田环境参数、作物生长状态、虫害病害等数据的实时采集和传输。

农民可以借助远程监控系统，随时随地掌握农田的情况，及时采取相应的措施，提高农作物的产量和质量。

二、监测与控制无线传输技术的应用，不仅使得农民可以远程监测农田情况，还可以通过传感器、执行器等设备实现对农田的智能化控制。

例如，无线传感器网络可以实时监测土壤湿度、温度等参数，自动调节灌溉系统的水量和频率，提高水资源利用效率。

此外，利用无线传输技术，还可以实现农田内的无人机植保，准确喷洒农药，有效控制病虫害的发生，保证农作物的健康生长。

三、智能种植在传统农业生产中，农民需要根据经验和天气条件进行农作物的种植管理，效率较低且易受环境因素影响。

而利用无线传输技术，可以实现对农作物生长过程的全面监测和数据分析，帮助农民科学决策。

例如，通过监测土壤的养分含量、pH 值等，结合气象数据和作物种植需求，利用数据挖掘和机器学习算法，可以为农民提供准确的种植方案。

此外，利用无线传输技术还可以实现对植物生长的精确控制，调节光照、温度等环境参数，创造最适宜的生长条件，提高农作物的产量和品质。

无线传输技术的创新应用极大地推动了现代农业的发展。

通过实时数据采集、远程监测与控制以及智能种植，农业生产效率得以提升，资源利用得到优化，农产品质量得到保证。

然而，也要注意无线传输技术的应用安全与隐私保护。

农业系统的网络安全性和数据隐私问题需要引起足够的重视，采取相应的保护措施，确保农民的利益不受损害。

基于ZigBee技术的无线传感数据采集网络研究与应用无线传感网络是一种以低功耗的无线节点为基础，进行分散式自组织和协调工作的集群网络。

相比较于有线传感网络，无线传感网络具有建设成本低、易于维护、灵活性高等优势，被广泛应用于环境监测、物流、医疗、安防等领域。

其中，基于ZigBee技术的无线传感数据采集网络，具有传输速率高、能耗低、安全性高的特点，被广泛研究和应用。

一、ZigBee技术ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的低功耗无线传感器网络技术。

其特点是工作频率低，能效高，通信距离短，安全性高，可靠性强。

在ZigBee网络中，一个协调器负责组织和控制网络，其他设备作为从节点，通过无线信道与协调器进行通信。

二、无线传感数据采集网络的基本结构基于ZigBee技术的无线传感数据采集网络主要由协调器、中继器、终端节点等设备组成。

协调器是网络的管理者，负责建立和撤销网络，集成并管理其他设备。

中继器负责转发信息，增加网络覆盖范围，提高网络的可靠性。

终端节点是数据采集的主要设备，负责监测和传输感知数据。

三、基于ZigBee技术的无线传感数据采集网络的应用1、环境监测基于ZigBee技术的无线传感数据采集网络可以实现对环境中温度、湿度、光照强度等参数的实时监测，有效提高环境监测效率。

2、医疗监测基于ZigBee技术的无线传感数据采集网络可以实现对医疗测量数据的实时采集和监测，例如心电图、体温、血氧浓度等参数的监测，方便医护人员进行诊断和治疗。

3、工业自动化基于ZigBee技术的无线传感数据采集网络可以实现对工厂中设备的状态、生产过程等参数的实时监测，提高自动化水平，提高生产效率和质量。

四、总结基于ZigBee技术的无线传感数据采集网络具有很多优点，被广泛应用于环境监测、医疗、工业自动化等领域，也成为了未来发展的热点和趋势。

然而，该技术也存在着一些问题，如单个节点通信距离有限、能量消耗不均衡等。

有机蔬菜大棚数据监测系统设计随着人们对健康和环境的重视逐渐增加，有机蔬菜的需求也逐渐增多。

为了满足市场需求，越来越多的蔬菜大棚开始采用有机种植的方式。

有机蔬菜的种植过程需要更加严格的监测和管理，以保证产品的质量和安全。

为了解决这一问题，我们设计了一份有机蔬菜大棚数据监测系统，以实现对蔬菜种植过程的全面监测。

系统概述有机蔬菜大棚数据监测系统主要包括传感器模块、数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块和数据展示模块。

传感器模块用于采集大棚内的温度、湿度、光照等环境参数，数据采集模块负责将传感器采集到的数据进行整合和存储，数据传输模块负责将采集到的数据传输到后台服务器，数据处理模块对传输的数据进行分析和处理，并生成相应的报告，数据展示模块则用于向用户展示监测数据和报告。

系统设计1. 传感器模块传感器是有机蔬菜大棚数据监测系统的核心部件，主要用于监测大棚内的环境参数。

我们将选用温度传感器、湿度传感器、光照传感器等多种传感器，并将它们分布在大棚内不同位置，以实现对大棚内环境参数的全面监测。

2. 数据采集模块数据采集模块负责对传感器采集到的数据进行整合和存储，并将采集到的数据上传到后台服务器。

为了保证数据的准确性和稳定性，我们将选用高性能的数据采集设备，并设计相应的数据采集算法，实现对大棚内环境参数的准确采集和存储。

3. 数据传输模块数据传输模块负责将采集到的数据传输到后台服务器进行进一步处理和分析。

我们将选用先进的无线数据传输技术，如LoRa、NB-IoT等，以实现对大棚内数据的实时传输和远程监测。

4. 数据处理模块数据处理模块负责对传输的数据进行分析和处理，并生成相应的报告。

我们将采用先进的数据处理算法，实现对大棚内环境参数的分析和预测，为用户提供准确的监测报告和分析结果。

5. 数据展示模块数据展示模块负责向用户展示监测数据和报告。

我们将设计一个直观美观的数据展示界面，以实现对大棚内环境参数的实时监测和展示，为用户提供直观的监测数据和报告。

无线传输技术在农业领域中的实际应用案例近年来，无线传输技术在各个行业中得到了广泛的应用，农业领域也不例外。

无线传输技术的出现，为农业生产带来了许多便利和效益。

下面将介绍几个实际应用案例，展示无线传输技术在农业领域的广泛应用。

一、物联网技术在农业环境监测中的应用物联网技术是无线传输技术的重要组成部分，它通过无线传感器将农田和环境数据传输到云平台上，为农户提供了实时的农作物生长状况和环境信息。

以某农田信息监测系统为例，该系统通过无线传输技术将农田土壤湿度、温度、光照等数据传输到云平台上。

农户可以通过手机APP远程查看农田的数据，及时调整灌溉和施肥措施，提高农作物产量和质量，实现精细化管理。

二、无线通信技术在农业机械智能化中的应用随着农业现代化的推进，农业机械智能化水平不断提高。

无线通信技术在农业机械智能化中发挥了重要作用。

例如，在农业机械上安装传感器和无线通信模块，可以实现与农业管理系统的实时通信，监控农机的工作状态和位置信息。

这样，农户可以根据机器的运行情况进行调度和管理，提高作业效率和农机的使用寿命。

三、卫星导航技术在农业精准种植中的应用农业精准种植是农业生产的新模式，卫星导航技术在其中起到了重要的作用。

卫星导航技术通过全球卫星定位系统（GPS）和地面计算机软件，实现了农田的精确测量和定位。

农户可以根据卫星导航系统提供的精确位置信息，在种植作物时实现精准施肥、精准喷药、精准灌溉等操作，为农作物提供最佳的生长环境和营养供给，提高农作物的质量和产量。

四、无线传输技术在农业物流管理中的应用农产品的物流管理一直是一个重要的环节。

无线传输技术在农业物流管理中的应用，提高了物流效率和农产品的质量。

例如，农产品冷链物流系统利用无线传输技术，实现了冷链车辆运输过程中温度、湿度等信息的实时监测和传输，确保农产品的新鲜度和品质。

此外，无线传输技术还可以实现农产品溯源体系，为消费者提供农产品的生产、加工、运输等信息，增强了消费者对农产品的信任和购买欲望。

基于四信无线ZigBee模块农业蔬果大棚监测系统的应用在传统农业中。

人们获取农田信息的方式都很有限，主要是通过人工测量，获取过程需要消耗大量的人力。

随着世界农业技术的巨大变革，设施农业成为现代农业的重要组成部分。

以传感器与通信网络相结合的全方位环境监测系统在设施农业中占有重要地位，尤其是基于无线通信技术的环境监测网络更是得到迅速发展。

而现有的无线环境监测网络大多基于集群通信系统、存在网络建设成本高、后期维护难度大、公共网络接入速率低等不足，一定程度上影响到环境监测网络在设施农业中的普及推广。

基于物联网产业提供优质产品和技术支撑，四信基于无线ZigBee技术,提出了农业蔬果大棚监测组网系统，通过实时采集温室内温度、土壤温度、CO2浓度、湿度信号以及光照、叶面湿度、露点温度等环境参数，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，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。

通过模块采集温度传感器等信号，精由无线信号收发模块传输数据，实现对农业果蔬大棚温湿度的远程控制。

系统包括3个层面，分别是节点层、网络层和应用层。

一、节点层是用于检测和控制的执行单元，涵盖所有的无线传感器节点；二、网络层是通信和传输部分，包括基于ZigBee技术的内网通信部分、基于GPRS技术的外网通信部分以及内外网协议转换单元(网关)，网络层完成组网功能，建立内外网的通信机制，成为上层应用和底层设备的交互介质。

三、应用层包括数据库和远程管理组件，是对数据的汇聚、分析，实现人机交互。

四信产品主要应用于网络层，采用四信ZigBee无线通信终端---F8914为中心节点，四信ZigBee F8913-E作为通信分点。

每个ZigBee通信分点在信号覆盖范围内，同多个不承担网络信息中转任务的通信分点无线连接，自动中转别的网络节点传过来的数据资料，汇集到ZigBee中心节点F8914。

F8914将收集到的数据通过GPRS传输到监测管理中心，由监测管理中心对这些数据进行计算处理和统计评估。

基于ZigBee的智慧农场监控系统研究随着农业发展的需要，智慧农场已成为当今农业发展的热点之一。

智慧农场通过引进信息技术手段，实现了农业生产的自动化、智能化和精准化，从而提高了农业生产效率和质量。

智慧农场监控系统是智慧农场的重要组成部分之一。

基于ZigBee技术的智慧农场监控系统可实现数据采集、远程监测和控制等功能。

本文主要研究基于ZigBee的智慧农场监控系统。

一、系统架构基于ZigBee的智慧农场监控系统主要由三个部分组成：数据采集模块、通信模块和监控控制模块。

1、数据采集模块数据采集模块是系统中的核心模块之一，其主要作用是采集现场环境参数信息，并将数据传输至通信模块。

该模块由传感器、信号转换电路和微控制器等组成，一般可采集气象信息、土壤信息、水质信息等数据。

2、通信模块通信模块是系统中实现远程监测和控制的关键模块，主要负责数据的传输和接收。

该模块通过ZigBee通信技术将采集的数据传输至监控控制模块。

通信模块采用无线传输方式，无需布线，具有传输距离远、抗干扰能力强等特点。

3、监控控制模块监控控制模块是系统中的上位计算机，主要负责对采集的数据进行处理、展示和控制。

该模块通过互联网与通信模块相连，可以实现远程监测和控制。

监控控制模块可以采用Web页面或基于Windows的应用程序等多种形式，展示信息直观、易于操作。

二、系统设计1、系统内部通信由于系统中采用的是无线传输方式，因此需要对信道进行规划和优化，以确保通信的可靠性和稳定性。

系统中需要设置ZigBee网络拓扑结构，确定协调器、路由器、终端节点等设备的位置和数量。

硬件设计包括传感器的选择和购买、信号转换电路的设计、微控制器的选型等方面。

设计时需要考虑物联网节点的通用性、稳定性、低功耗等因素。

系统软件设计主要包括嵌入式软件和上位机软件。

嵌入式软件主要用于控制采集模块的数据采集和通信模块的数据传输。

上位机软件主要用于对采集的数据进行处理、展示和控制，一般可以使用Java、ASP、PHP等编程语言开发应用程序。

Zigbee 物联网在农业方面的合理应用农业是我国国民经济的基础性产业,也是经济发展与社会稳定的物质性保证。

由于我国不同地区的自然环境与社会经济条件差异十分明显,而传统农业生产方式极度落后在投入大量劳动力的基础下,依旧存在劳动生产率低、劳动效率低的情况制约着农业的发展。

如今农业虽然在机械化与自动化的推动之下大幅提高了农业的生产效率,改造力的加大与加快使得环境问题尤为突出,比如农产品质量下滑、水土流失严重、资源过度浪费、农药的污染与水资源污染等。

农业的精确化发展已成为农业数字化的核心内容,所谓的农业精确化发展主要针对的是农作物产量、农业资源的合理化布局、生态环境的优化以及在提高生产率与降级生产成本等方面均起到了十分明显的积极作用。

而将物联网技术广泛用于农业的是在五大系统迅速发展的推动之下进行的,即全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感系统(RS)、射频识别系统(RFID)以及智能控制系统(ICS),使农业逐步走上信息化与智能化的发展方向。

一、现代社会物联网发展的现状与趋势就目前而言,物联网并没有真正公认的涵义,它首次在我国提出的时间为1999 年,简而言之物联网是在互联网的基础上凭借着全球定位系统(GPS)、射频识别(RFID)、激光扫描仪以及红外感应器等信息传感设施,按照设定的条例,将任何物品同互联网相连接,以达到信息的通信和交换以实现智能的识别、监控、定位、管理与跟踪等网络操作的方式,通常具有三大特征即传感对象的设备化,服务的智能化以及终端接收器的互联化,目前主要应用于医疗保健、智能交通业、农业的监测、物流运输和家居服务等方面均有涉及。

二、物联网的常用技术(一)射频识别技术(RFID)射频识别技术是目前物联网最为高端的感知层支撑性技术,其原理是利用射频的信号自动识别感知对象来获得相应所需信息,并将识别到的信息进行加工处理,通常是由天线、取读器以及标识这三部分构成。

(二)传感器与传感网的运用传感器是近几年来兴起的高新技术之一,它最大的特点在于感知信息的精确性与及时性的获取,而传感网是在传感器的基础之上对信息进行收集、传输与处理的综合性整理信息技术系统,应用前景十分广泛,目前主要用于电子、生物、农业、医疗、军事以及国防等方面,因此该技术的应用直接关系到我们的日常生活与工作。

• 149•农业物联网中ZigBee传输技术的应用长江大学电子信息学院 魏江东 阮宁君 李榕柏 徐 柳 【摘要】本文设计了一套基于ZigBee技术的无线监测系统，来实现物联网在农业中的应用。

该系统由传感器、ZigBee网络和无线网关组成，运用有线和无线相结合的方式实现网络的连接与覆盖。

在农业生产应用上，本文设计的无线监测系统运行稳定、可靠，具有推广价值。

【关键词】农业物联网；ZigBee技术；农作物；数据采集器早期，农业的环境监测系统大多数采用有线组网的方法。

虽然此方法通信时可靠性和保密性较强，但网络在布线和维护过程中的线路腐蚀和损坏问题会导致网络中断，将给正常工作带来影响。

并且这种方法建设费用大，维护成本高，因而不利于农业大范围使用。

近年，关于无线检测系统采集方面研究有陆健强等的报道[1-4]，这些研究主要是以nRF905作为无线传输媒介，但组网能力有限，传输距离过短，不利于大范围农场的信息监测。

基于此，本文提出了一套基于ZigBee无线传输技术的监测系统[5]，采用有线通信与ZigBee自组网相结合的方式，融合两者的优点，感知并采集与农作物生长相应生态环境的实时信息发送给远程服务端，实现范围性广、可靠性高的数据传输功能，满足现代农业精细化生产和智能化决策的要求，增强了对农场的监控能力，为农作物安全优质生产提供保障，进而，提高农场的生产效率、提升农产品的品质以及降低了农作物的生产成本。

1.ZigBee技术简述1.1 ZigBee概述4igBee的命名来源于蜜蜂。

蜜蜂体积小，传送信息简单，传送距离短，信息不断在节点间传递最终到达目的节点。

这样的传递机制与这种无线传感器网络技术十分相似，后用比喻的说法将这种成本低、功耗小的无线通信技术命名为ZigBee技术。

1.2 ZigBee技术特点⑴低功耗：因为ZigBee的发射功率低，约为1mW，所以其耗能很低。

且ZigBee的工作周期非常短，大部分时间处于休眠模式，不必为了维持网络而一直工作。