2022年基于ZigBee的温室环境监测系统的设计.docx

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1、精品学习资源基于 ZigBee 的温室环境监测系统的设计摘要：本文基于 zigbee 无线传输协议和 cc2430 芯片设计了一款温室大棚的环境监测系统；采纳cc2430 无线传输芯片作为环境数据采集的节点，并使用该芯片作为路由器和和谐器，将采集到 的环境数据传输到总监测室，便利对各个温室的环境进行观测， 并可以随着温室规模的大小，扩大或者缩减网络的大小；关键词： zigbee ；cc2430；温室环境监测；无线传输design of greenhouse environment monitor system based on zigbeexiao donghua1,liu yanqing2,

2、su zelang31. applied technology school,xihua university， pengzhou611930,china ；2.school of mechanical engineering&automation,xihuauniversity,chengdu610039,china；2.77538 troops,lasa850000,chinaabstract:the article designed a monitor system about greenhouse environment monitor system based on wireless

3、 transmission protocol and cc2430.the cc2430 wireless chip used for the node which collect the environment data, and the chip used for router and coordinator, transport the environment data to the monitor room make convenience to monitor the data of every greenhouse, and expand or欢迎下载精品学习资源reduce th

4、e network with the scale of greenhouse. keywords:zigbee ；cc2430；greenhouse environmentmonitor ；wireless transmission一、引言农业是国家稳固的立足之本，随着现代化技术的进展，农业现 代化也出现出了剧烈的进展势头 1 ；在中国北方大部分地区，冬季以温室大棚种植蔬菜为主，而温室的环境是打算农作物生长的 打算性条件；目前，温室环境大部分以手工的方式监测环境参数，如温度计测量、湿度测量等，耗费了大量的人工和资金；使用无线监测可以削减人工，并且削减了有线数据采集的线路铺 设，而且温室中种植的

5、作物不同，可能改动已经铺设的有线线 路；所以，才有无线温室环境监测系统的设计是有必要的，不仅能够实现环境数据的监测，仍可以随时的增加监测节点1 ；二、系统架构设计温室主要是为保证作物的生长而供应的相应的生长条件；在作物的生长中水和合适的温度是不行缺少的成分，所以在监测中也要监测这两种主要成分；为保证在监测过程中数据稳固，防止局部数据代表温室数据，所以在每个温室中将安装多个传感器节 点，每个节点采集 2 种环境参数，将每个节点的采集数据平均化得到每个温室的环境参数；总体系统布局如图1 所示；每个温室的不同地方都有 zigbee 端节点，每个节点具有采集环境数据并发送给路由的功能；且在每个温室包括

6、一个路由器，用来转发数欢迎下载精品学习资源据，并识别和自组网络节点；路由器将本温室的传感节点数据接收后并发送给和谐器；和谐器再将收到的数据发送给pc 机，经过上位机处理后显示每个温室的平均环境参数；由图 1 可看出，无线网络的拓扑结构采纳树形结构，网络中包含 zigbee 和谐器、 zigbee 路由器、 zigbee 端节点；上位机通过rs232 总线接收 zigbee 和谐器收到的路由数据，并在 pc 机上使用vc 软件编写上位机界面，实现对温度数据的监控；三、zigbee 节点的硬件设计zigbee 路由节点和 zigbee 和谐器只用来发送和接收数据， zigbee 端节点用来采集数据

7、和发送数据；在路由节点和和谐器节点硬件设计中只设计到电源模块和无线收发模块，zigbee 端节点除了具有电源模块和发射模块之外，仍要具有传感器模块，用于数据的采集；端节点的架构如图2 所示；图 2 端节点架构cc2430 是 chipcon 公司推出的用来实现嵌入式 zigbee 应用的片上系统；它支持 2.4ghz 的 ieee 802.15.4/zigbee协议，具有cc2420 rf接收器以及增强性能的8051 mcu、8kb ram 等，其增强的 8051 mcu 核的性能是工业标准 8051 核性能的 8 倍；cc2430 仍具备直接储备器定址 dma功能 它能够被用于减轻 8051

8、 微掌握器内核对数据搬移，因此提高了芯片整体的性能 、可编程看门狗定时器、 aes-128 安全协处理器、多达 8 输入的 8-14 位 adc、 usart 、睡眠模式定时、上电复位、掉电检测电路brown out欢迎下载精品学习资源detection 、21 个可编程 i/o 管脚等，两个可编程的 usart 用于主/ 从 spi 或 uart 操作3 ；sht11 温湿度传感器是由瑞士sensirion公司生产的，具有 总线接口的数字式传感器，它是基于cmosens技术的新型智能传感器，可用来测量相对湿度、温度和露点等2 ；sht11 的技术参数如表 2 所示；表 2 sht11的技术参

9、数表传感器类型范畴 精度 响应时间 /s 辨论率温度传感器 -40120 0.9 （ 040）， 0.5 （ 25） 20 0.01 湿度传感器 0100% 3% 4 0.3%图 2 为 zigbee 端节点的设计框图，在路由节点和和谐器的硬件设计中，去掉了传感器模块，只作为信息的收发只用，且rs232 接口在和谐器中便利与上位机的数据传输；cc2430 与 sht11 温湿度传感器的接口如图 3 所示； sht11 具有四个引脚，分别为 sck、data 、vdd、gnd，其中 vdd 和 gnd 分别连接电源（ 2.4v5.5v ）和地线， sck 和 data 分别于 cc2430 的

10、p1_0 和 p1_1 脚相连，用软件读取传感器的数据；图 3 sht11 连接图四、zigbee 节点的软件设计zigbee 协议是由 zigbee 联盟制定的，用于短距离无线通信技术的标准之一；其主要用于低功耗、低成本设备的低速连接，且工欢迎下载精品学习资源作频段工作在免费 2.4ghz ，不产生通信的附加费用 1 ；其特点符合温室监测网络应用的要求；在设计节点过程中，应考虑到通用型和便于开发，采纳ti公司开发的 z-stack协议栈，可通过 iar软件进行配置和软件编写， 实现本文中 zigbee 和谐器、 zigbee 路由器节点和 zigbee 端节点的各个功能； ieee802.1

11、5.4满意国际标准组织开放系统互联模型 osi ： open system interconnection model定义的最下面的两 层：物理层 phy ： physical layer和媒质介入掌握 mac：medium access control子层； zigbee 联盟供应了网络层 nmk：network 和应用层 apl ：application layer框架的设计；其中应用层的 框架包括了应用支持子层、 zigbee 设备对象等；层与层之间通过服务接入点连接，包括数据服务和治理服务，每层都通过一套服务原语为其上层或下层供应服务；在节点的软件设计中，主要实现了zigbee 和谐器

12、节点和 zigbee 端节点应用程序的编写； zigbee 和谐器的主要任务是配置网络参数、启动网络并且保护网络的正常运行、接收路由节点的温湿度数据；其组网过程为：第一 zigbee 和谐器发送组网广播，告知同信道的节点自己为网络和谐器，然后广播网络pan id ，定时的侦听是否有网络连接恳求；假如收到其他节点的入网恳求，就依据 恳求信息判定是否答应加入网络，如答应，就和谐器发送应答通欢迎下载精品学习资源知节点加入网络，并安排一个唯独的网络地址作为网络中的身份标识；最终，定时发送给网络子节点相关的命令，保护整个网络的运行；在网络搭建过程中，唯独的身份标识网络pan id保证了网络的胜利搭建，使

13、得每个节点包含一个唯独的ieee 地址4 ；其流程图如图 4 所示；zigbee 端节点的软件设计包括加入网络、驱动sht11 传感器、发送数据；节点加入网络后开头驱动sht11 ，并将采集到的数据处理并存放在 txbuffer数组中，作为将要发送的数据包，再将数据发送到路由器， zigbee 端节点程序流程如图 5 所示；通过对各个节点的软件设计，完成zigbee 和谐器、 zigbee 路由器和 zigbee 端节点的功能；使各节点可以形成网络，端节点采集数据并发送给路由器和和谐器，最终和谐器接收到数据后，通过rs232 接口传输给上位机，以实现在上位机上监视温室的环境参数；五、上位机数据

14、处理上位机监测软件是一个由 vc 编写的上位机监测界面，在 pc 机上可以直接观测到各个温室的环境参数；由于每个温室的参数不同，而且每个温室具有多个传感节点，要防止温室参数的局部化，所以温室的观测值应为各温室每个节点的参数数据的平均值；所以显示的温度值为其中 为标号为 n 的温室的温度， 为 n 温室内第 n 个节点采集欢迎下载精品学习资源到的温度数据；上位机显示的湿度为其中 为标号为 n 的温室湿度，为 n 温室内第 n 个节点采集到的湿度数据；六、结论与展望在本文中设计了一款基于 zigbee 技术的温室环境监测系统，实现了温室的无线监测，削减了温室监测过程中的布线，使数据在 上位机得到了

15、集中的处理和监测，并通过运算各个节点的数据平 均值，防止温室数据局部化； zigbee 的自组网功能仍可以实现在不同规模的温室中应用，并能够随着温室规模的大小来转变网络 规模；参考文献：1 陆春胜, 鲍业强. 关于温室产业化进展的几点看法j.农业工程技术,200611:11-12.2 张艳丽, 杨仁弟. 数字温湿度传感器 sht11 及其应用 j.工矿自动化,20073:113-1143 高守玮, 吴灿阳,zigbee技术实践教程 m, 北京: 北京航空航天高校出版社 ,2021,109-1134 蒋挺，赵成林 . 紫蜂技术及其应用 m, 北京: 北京邮电高校出版社,2006,8-23欢迎下载精品学习资源欢迎下载