zigbee技术在农业温室大棚中的应用研究

摘 要：结合物联网和我国农业发展现状，本文设计了一个基于zigbee技术的农业温室大棚监测系统，首先，详细地研究zigbee技术，包括zigbee协调器、zigbee终端节点和网络模型等；其次，结合实际应用搭建了基于zigbee技术的农业温室大棚监测系统，对农业温室大棚的温湿度等信息进行采集和监测；最后，经过系统的上位机和手机app功能测试，表明该系统性能稳定，操作简单，实用性强。

关键词：农业温室大棚；zigbee；监测；无线通信

随着无线传输网络的快速发展，zigbee技术因其短距离、低价格、高效率、高可靠性的特点使其在各个领域的应用越来越广泛，尤其是在温湿度和气体等环境监测等领域。zigbee是一种基于IEEE802.15.4标准的个域网的新兴的通讯协议。我国是一个农业大国，传统的农业监测技术已不能满足现代化要求，因此，设计一个性价比高的农业温室大棚监测系统对于农业的快速发展来说是至关重要的。本文采用zigbee无线通信技术，设计了一个对农业温室大棚的温湿度等信息进行采集和监测的系统，该系统可将农业大棚的温湿度、气体浓度和灯光信息实时地传输到上位机和手机终端app中，同时，上位机和手机终端app还可对采集信息进行控制。

1 系统整体方案

本文设计的系统是由上位机（PC机和手机）和下位机（zigbee网络）两部分组成，采用星型拓扑结构，如图1所示，其中上位机负责信息的显示、保存和处理，下位机负责农业温室大棚信息的采集和传输，下位机受到上位机控制。zigbee网络系统运行后，上位机可实时显示温室大棚的采集信息，包括温度、湿度、气体和光照信息，如果监测到采集的信息值不在规定范围内，上位机将通过串口以9600波特的速率发出命令给zigbee协调器，zigbee协调器受到命令后解析成相应的时序信号去控制zigbee终端节点。同时，zigbee终端节点也会一直读取各个传感器的状态数据，转换成数字信息后传送给zigbee协调器，zigbee协调器再通过串口将信息传送给PC机，进而再传送给手机终端app软件。

2 下位机设计和实现

zigbee无线传输网络作为系统的下位机部分，由协调器节点、终端节点、传感器节点构成，zigbee网络中的终端节点与协调器节点之间的通信通过zstack协议栈实现。其中，zigbee协调器节点和终端节点采用CC2530模块，CC2530集成了ieee802.15.4标准的2.4GHz射频收发模块、增强型8051 CPU、8000比特RAM、电源接口、串口等，可以发出命令和读取状态，CC2530功能非常强大。

2.1 协调器节点设计和实现

协调器节点也称为中心节点，该节点的核心芯片是cc2530模块，cc2530模块通过相应的引脚与电源模块、RS232模块、晶振模块、RF模块相连接。协调器的网络地址一直是0x0000，主要负责组网，具有网络配置和网络信息管理信息的功能，协调器会向终端监测发送指令并收集监测信息，然后通过串口将采集信息传到上位机。其中电源模块为cc2530模块功能，RS232模块完成串口转换，晶振模块用来确定cc2530是处于无线数据收发状态还是处于休眠状态，RF模块采用用来实现数据的无线接收和发送。当协调器节点不用于组网时，它的功能类似于路由器功能。

2.2 协调器节点设计和实现

终端节点核心芯片也采用cc2530模块，cc2530模块通过相应的引脚与电源模块、RF模塊、传感器模块和存储器模块相连接。终端节点的作用主要是采用温室大棚的温度、湿度、光照信息，并将处理后的信息通过天线传送给协调器节点。其中土壤湿度传感器类型为DHT11，空气温湿度传感器类型为DS18B20，二氧化碳传感器类型为MQ2。

3 上位机设计和实现

3.1 PC机设计和实现信息采集测试

本文设计的监测系统基于visual C++2005开发平台构建应用程序，并在PC机上运行。设计的应用程序主要实现采集信息的显示和控制，PC机上显示的信息如图2所示。

3.2 手机app软件设计和实现

手机app利用Eclipse4.4开发，手机和PC机通过wife通信，只要上位机和手机在同一个局域网内，当上位机打开管理系统、串口和网络服务，手机上的app就可以连接上PC机，这时PC机相当于一台虚拟的服务器，这样，传感器采集的各类信息就可以同时在手机和上位机上显示[5]。手机app软件上显示的信息如图3所示。

4 结论

本文设计的基于zigbee技术的温室大棚监测系统可以很好地实现温湿度、二氧化碳浓度、光照信息的采集。该系统性价比高、实用性强、操作简单，可使得系统使用者准确实时地了解温室大棚的信息，更好地促进农作物生长。

参考文献：

[1]孟庆海.基于物联网技术的温室大棚监控系统的设计与实现[D].天津大学，2014.

[2]郭青，薛亮.基于ZigBee和Android的环境监控APP的设计与实现[J].科技创新与应用，2016，8.

[3]林之博，陈耿新，林洁纹，等.基于ZigBee的智能农业物联网系统研发[J].自动化与信息工程，2015，36（5）：1922.

[4]李继彬.应用物联网技术实现对智能温室的监测和控制[J].南方农业，2015，9（4）：1319.

[5]李立扬，王华斌，白凤山.基于zigbee和GPRS网络的温室大棚无线监测系统设计[J].计算机测量与控制，2012，20（12）：31483150.

基金项目：本文为大学生科技创新创业项目（编号：2016083）

作者简介：赵嘉伟、吕俐衡、沈洪吉为吉林农业科技学院电气工程及其自动化系学生。

通讯作者：张杰，女，硕士，助教，吉林农业科技学院教师，研究方向：电力系统通信。