基于WSN的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張智利 李全強(qiáng) 李鵬爽 楊忠銘 張智華

摘 要：農(nóng)業(yè)發(fā)展與農(nóng)作物的培育環(huán)境密不可分，為實(shí)現(xiàn)智能化獲取作物實(shí)時(shí)環(huán)境信息，本文設(shè)計(jì)了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溫濕度以及光強(qiáng)信息的智能采集，并采用ZigBee蜂窩組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信，在智能農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)控；傳感器；ZigBee；WSN

Design of intelligent agriculture monitoring system based on WSN

ZHANG Zhi-li；

（Harbin University of Science and Technology， RongCheng 264300，China）

Abstract： Agricultural development is closely connected with the environment in the cultivation of crops， to realize intelligent real-time environmental information for crops， this paper designs an intelligent agriculture based on wireless sensor network （WSN） monitoring and control system， realize the intelligent temperature and humidity and light intensity information acquisition， and USES the ZigBee cellular network technology to realize communication， in the aspect of intelligent agricultural environment monitoring has broad application prospects.

Key words： Environmental monitoring； The sensor； ZigBee； WSN

引言

隨著農(nóng)業(yè)養(yǎng)育自動(dòng)化的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用得到了推廣[1]，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方式成本高，智能化程度低[2]，因此本文設(shè)計(jì)的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)是獲取農(nóng)作物的培育環(huán)境信息，然后通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)與PC端模塊數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)智能化農(nóng)業(yè)監(jiān)控。

1總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要包括傳感器模塊、ZigBee終端與協(xié)調(diào)器模塊以及PC端模塊組成。傳感器模塊主要完成對(duì)溫度、濕度以及光照信息進(jìn)行采集；ZigBee終端與協(xié)調(diào)器模塊主要完成數(shù)據(jù)的無線傳輸；PC端模塊方便管理人員使用上位機(jī)來監(jiān)測(cè)各個(gè)時(shí)刻的信息，具有良好的人機(jī)交互功能。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如下所示：

1.1 傳感器模塊

溫濕度模塊采用DHT11傳感器，單總線通信方式，具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，其原理圖如圖1-1所示；光照強(qiáng)度傳感器采用BH1750FVI模塊，支持I2C總線接口，可探測(cè)較大范圍的光強(qiáng)度變化，感光范圍在1lx～65535lx之間，其原理圖如圖1-2所示。

1.2 通信模塊

本設(shè)計(jì)的ZigBee協(xié)調(diào)器與終端均采用CC2530F256芯片，該芯片是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4 ZigBee 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)解決方案[3]，本設(shè)計(jì)增加了外部天線來增大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，其接口電路如圖1-5所示；本設(shè)計(jì)使用CH340G芯片作為串口通信模塊，12MHz無源晶振作為波特率的時(shí)鐘源，原理圖如圖1-4所示。

1.3供電電源電路

由于外部直流電壓不在微控制器電源電壓有效范圍內(nèi)，所以采用三端穩(wěn)壓器LM1117穩(wěn)壓芯片輸出系統(tǒng)需要的3.3V穩(wěn)壓電源，電源部分原理圖如下圖所示：

圖1-3供電電源原理圖

2軟件設(shè)計(jì)

2.1 ZigBee協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)

該部分使用Z-Stack與OSAL操作系統(tǒng)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)[4]。通過關(guān)閉中斷防止系統(tǒng)初始化流程被打斷，然后初始化系統(tǒng)時(shí)鐘與各個(gè)模塊，繼而確定IEEE 64位地址，對(duì)OSAL操作系統(tǒng)初始化，根據(jù)軟件代碼將CC2530設(shè)置成為無線網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器或者終端，對(duì)用戶增加的OSAL任務(wù)進(jìn)行輪詢，其流程圖如圖2-1所示。

2.2 ZigBee協(xié)調(diào)器與終端

協(xié)調(diào)器（即控制中心節(jié)點(diǎn)）必須先建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)[5]，然后主要任務(wù)為接收信息并通過串口線發(fā)送給上位機(jī)，其流程圖如圖2-2所示；終端主要負(fù)責(zé)通過傳感器獲取溫濕度及光照數(shù)據(jù)，與相應(yīng)協(xié)調(diào)器完成識(shí)別后，通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器，其流程圖如圖2-3所示。

2.3上位機(jī)軟件

使用串口上位機(jī)作為本設(shè)計(jì)的PC端模塊[5]，該上位機(jī)支持115200波特率通訊，支持文本數(shù)據(jù)接收顯示與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，符合本設(shè)計(jì)要求，其界面如下圖2-4所示。

小結(jié)

本文主要設(shè)計(jì)了一種智能農(nóng)業(yè)環(huán)境氣候監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了終端對(duì)溫室大棚環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集，并且通過無線組網(wǎng)的方式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，特殊設(shè)計(jì)的ZigBee天線電路增加了傳輸實(shí)用距離，結(jié)合與上位機(jī)的串口通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少了人力成本，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

張智利（出生年1998年.3月），性別男，民族漢，職稱學(xué)生，籍貫：山東省濟(jì)南市，本科學(xué)歷，電子信息工程專業(yè)，電子信息工程研究方向。

單位：哈爾濱理工大學(xué)單位（學(xué)校）， 黑龍江省，哈爾濱市，郵編150000