基于ZigBee的温室大棚温度监测系统

郭大路

潍坊职业学院，山东潍坊 261031

基于ZigBee的温室大棚温度监测系统

郭大路

潍坊职业学院，山东潍坊 261031

本文针对传统有线温度检测系统存在布线复杂、维护困难、成本高等问题。从低功耗、小体积、使用简单等方面考虑连接进行数据传输，提出了基于射频CC2430(ZigBee)和数字温度传感器DS1820设计无线温度检测系统的实施方案。

无线通信；ZigBee协调器；CC2430； DS1820；温度检测

0 引言

随着温室大棚种植技术的不断发展应用，现代农业种植，大棚温室种植已成为重要手段。而温室大棚中所种植的农作物对温度的要求极高。大棚温度控制不好，会影响到各种农作物的生长，从而导致大棚的效益下降。由此，便需对大棚温度实时的、精确的监测。但是目前，国内的很多温室大棚温度监测仍然采用的是以单片机控制为核心的传统有线监测系统。这种监测系统通过采用复杂的电缆将其各部件连接并进行数据传输，系统具有布线复杂、局限性强以及设备维护困难等问题。

针对这些问题，提出了一种基于无线射频CC2430（ZigBee）技术和数字温度传感器的无线温度检测装置。设备主要由一个无线节点（接点根据需要可扩展到56个）和一个协调器组成。系统通过协调器与无线节点进行无线通信，将无线节点所采集到的温度数据信息由串口将数据显示出来，从而达到对温度检测的目的。

1 ZigBee9 技术简介

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE批准的802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术，主要适合于承载数据流量较小的业务，可嵌入各种设备中。网络功能是ZigBee最重要的特点，也是与其他无线局域网(WPAN)标准不同的地方。在网络层方面，其主要工作在于负责网络机制的建立与管理，并具有自我组态与自我修复功能。

传统农业主要使用孤立的、没有通信能力的机械装置，主要依靠人力监测作物的生长状况。采用了由成千上万个传感器构成的比较复杂的ZigBee网络后，农业将可以逐渐地转向以信息和软件为中心的生产模式，使用更多的自动化、网络化、智能化和远程控制的装置来耕种。ZigBee技术已广泛应用于现代精确农业。

2 系统的硬件结构组成

整个无线测温装置硬件由无线节点和协调器两大部分组成。通常，一套装置只有一个协调器，其主要包括微控制器及射频收发单元、无线节点、电源模块及接口单元。

系统硬件在选用上，主要从温度监测的精确度、温度检测的范围以及所选元器件使用的便利性和经济型方面考虑。我们主要采用的是DS1820的无线温度传感器和无线射频CC2430。

DS1820的无线温度传感器内部结构主要由温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器及接口电路五部分组成。其主要特点是温度测量精确，对温度的分辨率为0.5℃；测量范围广，测量范围可从-55℃到+125℃；单总线接口，只需一个接口即可完成温度转换的读写操作，可简化线路，节省I/O资源，提高经济性。系统可将检测到的温度信息数字化，采用9位数字方式直接读取温度，其典型转换时间仅为1s。

无线射频CC2430芯片的是完全符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片，适用于各种无线网络节点。其主要特点是体积小、高性能、低功耗，具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。

接口单元我们采用的是目前PC与通信工业中应用最广泛的一种串行接口RS-232接口。RS-232接口采用的是串行通讯方式，具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。

3 工作原理

系统的工作主要由3部分实现：信息采集终端、信息收集终端、信息显示终端。

温度数据由DS1820采集之后传给节点，之后经两块ZigBee模块的无线通信把温度值传给协调器，最后通过串口把温度值显示出来。在进行多点通信时，装置中每个协调器可连接多达255个节点。不仅可以极大的解决传统有线设备的布线问题，还可节约大量导线，提高设备经济性。

1）信息采集终端：主要指是无线节点。从经济性及便利性方面考虑主要采用的是由数字DS1820、无线射频CC2430、电源等组成的无线节点。无线节点主要分布温室大棚中需要进行温度检测的各个地点，节点之间通过射频进行无线通信。工作中，终端在无线节点的增加或者删除时，可快速的对网络拓扑结构进行调整，实现网络的自我修复从而保证系统工作的稳定性。温度传感器在与协调器绑定进行温度检测后，检测到得温度通过无线通信发送到协调器；

2）信息收集终端：主要是指协调器。协调器主要安放在温度检测控制室，其作用主要是完成整个系统网络的建立与维护，与无线节点间实现绑定的建立，接收由无线节点通过ZigBee无线网络发送过来的温度数据，并实现数据的存储及汇总。之后，通过RS-232串口将采集到得温度数据信息传送到上机位，以便对数据进一步处理；

3）信息显示终端：主要是指上机位。通常与信息采集终端同样安放在温度检测控制室。其主要作用是将由信息采集终端传送过来的温度检测数据储存并做进一步的处理后显示。其中温度值的显示是以16进制形式显示的，再做进一步处理是可以对其十进制化。实验时，装置在室温情况下测量得到的数据温度值为16+11=27摄氏度，较为准确。

4 结论

基于ZigBee的温度检测系统实现的是温度的无线检测，设备可靠性高和功耗小，成功解决了传统有线温度检测系统布线等复杂的问题，适合工业级要求，有较高的实用价值。

[1]李文仲，段朝玉，等. ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

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[3]杨金岩，郑应强，等. 8051单片机数据传输接口扩展与应用实例[M].北京：人民邮电出版社，2005.

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1674-6708（2011）50-0203-01