基于Zigbee技術(shù)的溫室大棚監控系統

　　近年來(lái)在國內外的市場(chǎng)上出現了眾多采用GPRS技術(shù)的溫室大棚監控設備，該技術(shù)和設備具有傳輸信息量大、可遠程操控及具有較高的可靠性，但其設備造價(jià)和通信費都較高，因而很難得到廣泛推廣。因此筆者開(kāi)發(fā)了一種基于Zigbee技術(shù)的溫室大棚監控系統，該系統具有低功耗、低成本、高可靠性、低復雜度、安裝維護簡(jiǎn)單和擴展性強等優(yōu)點(diǎn)，為溫室大棚監控系統的推廣提供了一個(gè)不可多得的平臺。

　　1 Zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)系統結構

　　Zigbee是符合IEEE 802.15.4標準的新興無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議，其發(fā)起組織Zigbee聯(lián)盟于2004年底發(fā)布了最早的1.0版本規范，之后相繼推出了Zigbee2006和Zigbee PRO兩個(gè)升級版本。有關(guān)Zigbee的產(chǎn)品還大多處于研究階段，但鑒于其眾多的優(yōu)點(diǎn)，相信不久，基于Zigbee技術(shù)的產(chǎn)品將會(huì )得到迅速普及應用。

　　1.1 Zigbee技術(shù)的主要特點(diǎn)

　　1)低功耗。在低耗電待機模式下，2節5號干電池可支持1個(gè)節點(diǎn)工作6～24個(gè)月，甚至更長(cháng)。

　　2)低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議(不到藍牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求。

　　3)低速率。在2.4 GHz的工作頻率下可提供250 kbps的原始數據吞吐率，滿(mǎn)足低速率傳輸數據的應用需求。

　　4)近距離。相鄰節點(diǎn)之間傳輸范圍一般介于10～100 m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1～3 km。

　　5)短時(shí)延。Zigbee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需15 ms，節點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )只需30 ms，進(jìn)一步節省了電能。

　　6)高容量。Zigbee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )結構，一個(gè)主節點(diǎn)可管理多達254個(gè)子節點(diǎn)。

　　7)高安全。Zigbee提供了三級安全模式。

　　8)免執照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學(xué)醫療(ISM)頻段。

　　1.2 Zigbee協(xié)議的系統結構

　　Zigbee協(xié)議的系統結構如圖1所示。

　　本設計所采用的主控制器是由美國TI公司生產(chǎn)的CC2430無(wú)線(xiàn)單片機，該單片機承載了Zigbee技術(shù)的片上系統(SoC)，屬增強型的51單片機，是高度整合了的系統級射頻收發(fā)器，其主要特點(diǎn)如下：

　　1)芯片內部已經(jīng)集成了相關(guān)的RF電路，因此外圍接口電路比較簡(jiǎn)單。

　　2)該芯片為增強型8051微處理器，內置看門(mén)狗、AD轉換等模塊，因此功能強大。

　　3)該芯片價(jià)格低廉，外圍電路簡(jiǎn)單，因此具有較低的開(kāi)發(fā)成本。

　　2 系統硬件組成

　　在本系統中，根據功能硬件組成可分為傳感器終端設備和中央控制設備兩大部分，終端設備實(shí)現對監控點(diǎn)的數據采集和滴灌開(kāi)關(guān)、遮光板角度調節步進(jìn)電機、日光燈和通風(fēng)設備控制;中央控制設備則實(shí)現對各終端收集的數據進(jìn)行處理比對和控制輸出。

　　2.1 傳感器終端

　　傳感器終端設備由RF收發(fā)模塊、傳感器模塊和執行器驅動(dòng)模塊組成。其中執行器驅動(dòng)模塊主要是由繼電器電路組成，而傳感器模塊由數字溫度傳感器DS18B20、數字濕度傳感器SHT21、微型數字二氧化碳傳感器S-100及TSL230B光照強度/頻率傳感芯片組成，而RF收發(fā)模塊使用的是TI公司提供的CC2430無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，具體電路原理如圖2所示。

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