基于无线传感网络的温室大棚温湿度监测系统

赵文化蒋 爽张启光常存

（1.65635部队，辽宁 锦州 121000；2.辽宁省锦州市锦铁街道办事处，辽宁 锦州 121000；3.黑龙江大学，黑龙江 哈尔滨 150080）

1 系统方案设计

在温室大棚中每一个要测量的点位均有一个ZigBee终端节点模块，模块由温湿度传感器SHT15和一个ZigBee终端节点。温湿度采集模块采集大棚内的温湿度数据，然后将数据通过串口传送给ZigBee终端节点，再通过ZigBee协议将采集的数据发送至负责建立网络的ZigBee协调器中，温湿度数据收集完毕后再通过串口传送给PC机。PC机收到协调器传送来的数据后经过处理，最终将温湿度数据以及采集点位信息显示在可视化的界面中。整个温室大棚温湿度采集装置结构如图1所示。

图1 温湿度采集装置结构框图

图2 数据采集原理图

2 系统硬件设计

系统的硬件部分由：ZigBee终端节点模块、温湿度传感器SHT15以及ZigBee协调器模块组成。ZigBee核心板是由CC2430为控制器来实现无线收发功能的基本电路，为了便于调试，减少无线收发时天线陈胜的干扰，在设计时将CC2430芯片以及外围基本电路单独制板。CC2430芯片内部集成了8051单片机，CC2430RF收发器，8kb的RAM以及闪存，系统采用的温湿度传感器SHT15是以数字信号方式输出温湿度数据，因此CC2430可以直接控制SHT15对温室大棚内的温湿度进行数据采集并处理，而后再发送至ZigBee协调器。数据采集部分电路原理图如图2所示。

3 系统软件设计

系统软件部分分为下位机数据采集以及发送程序和上位机温湿度显示程序。整个系统的软件的编写上位机采用C语言程序编程，下位机采用图形化编程语言LabVIEW来编写程序。LabVIEW是一种图形化编程语言，它用流程图和框图的方式来替代传统的语言代码，程序编写时更简洁方便，同时该语言还能适用于测绘和自动化的特定应用开发，软件内部集成了大量的数据采集、仪器控制等函数。

图3 数据采集流程图

系统下位机控制传感器对各个预测点位的温湿度数据进行采集，并且将数据处理之后通过无线发送至上位机。在数据采集时，每个点位在进行温湿度数据采集时采取多次测量法，采集七组数据，同时在数据处理时将最大值以及最小值分别去掉，对余下五组数据去平均值，这种去极值平均滤波法能去掉采集时产生的偶然误差，进一步提高温湿度采集数据的精度。数据采集流程图如图3所示。

上位机接收到温湿度数据后，采用LabVIEW对数据进行处理以及显示，在软件界面制作时，对采集的各个点位的温湿度状态进行分别显示，上位机软件还会对温度、湿度数据进行比对，显示出当前检测到的最高温度，并与预设的温度警戒线相比对，当温度处于安全范围之内时，温湿度报警信号绿灯点亮；一旦有温度或者湿度超出预警范围时，操作界面报警信号灯立刻变为红色，提醒耕种人员此时温室大棚内的温湿度已经影响到农作物的生长，必须及时做出相应处理，此时工作人员可以根据各个点位显示的温湿度数据准确找到报警源头。

表1 测量温湿度数据

4 实验结果分析

为验证本系统的实际可靠性，在温室大棚内进行实地安装调试，随机选择三个监测点位现场测量。测试现场温度为26.7℃，相对湿度为49.3%RH，采取多次测量并且将数据保存，测量数据见表1。

结语

在物联网高速发展的今天，农业生产必然迎来现代化的变革。本系统采用温湿度传感器SHT15对温室大棚内温湿度进行监测，有效提高了测量精度；使用zigbee进行无线数据传输增强了数据传输的稳定性以及时效性；采取LabVIEW软件编写实时监控界面大大的提高了农业生产效率。整个系统设计成本低廉、灵活性高、可靠性强，有着广阔的应用前景，适合在现代化农业生产中大面积推广。

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

[2]刘江，沙雷伟，尹酉.基于CC2430的串口无线模块的设计[J].国外电子元器件，2007.

[3]刘瑞玲.基于无线传感网络的温室环境监测系统的研究[J].2011.