基于ZigBee技术的温室土壤温度控制系统研究

马薇，王洪凯，王秀梅

（1.长春工程学院，长春130012；2.国家电网吉林省电力有限公司，长春130012；3.雅砻江公司二滩水力发电厂，成都610000）

基于ZigBee技术的温室土壤温度控制系统研究

马薇1，王洪凯2，王秀梅3

（1.长春工程学院，长春130012；2.国家电网吉林省电力有限公司，长春130012；3.雅砻江公司二滩水力发电厂，成都610000）

为了提高温室养殖过程的实时性与准确性，本文介绍了一款基于ZigBee无线网络的土壤温度控制系统，并详细介绍了系统的硬件设计和系统的软件设计。系统通过温度传感器与cc2530芯片用来实时监控棚内情况和采集数据，以达到对温室土壤温度的监控与调节。

ZigBee；监控系统；土壤温度检测

土壤温度对于北方冬季温床育苗的出苗率是最重要的因素，准确控制土壤的温度才能够更好地提供幼苗生长周期所需的温度。传统的的温室育苗是以多个温室组成的温室群，都是人工看守调节温度，因此，迫切需要一种科学的方法来解决温室群的调控问题。本系统是基于热门的物联网与无线传感器网络技术的育苗温床土壤温度监控系统，该系统整个检测、控制过程实现了对温室土壤温度的监控与调节。

1 系统设计

在单独的温室中，土壤温度监控系统的通信协议使用的是ZigBee协议，ZigBee无线网络分为星形、簇树形与网形拓扑结构，星形的结构简单，它有一个中心节点，所有的消息都经由它来传输。本系统采用星形网络拓扑结构，在一个中心点下设N个节点的无线传感网络，用来实现数据的无线传输。每个节点连接数字温度传感器，用来采集实时土壤温度数据，节点把采集的数据发送到ZigBee的协调器上，在通过串口RS232协议传到本温室的PC机上，把数据进行存储并给予相应的分析处理。系统结构如图1。

图1 系统结构图Fig.1 System structure

2 系统硬件设计

2.1 终端节点设计

当采集温度时，单片机线对数据进行预处理，做好传输准备，传感器采集土壤温度数据后传输给单片机，单片机把储存并处理过的数据通过CC2530的通信模块与协调器进行无线通信，当传输完毕后，控制器进入睡眠模式，可以延长电池的寿命。

土壤温度传感器采用的是美国DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器,它测量温度范围在-55℃～125℃，精度在±0.5℃，电压范围在3.0～5.5 V，可由数据线供电。它是单线接口方式，可以用一条信号线与单片机相连就可以实现处理器与本身的双向通信。因为ROM中有在出厂时就设定的64位序列号，每个序列号都是唯一的，所以可实现一个单片机带多个DS18B20，极大地减少了I/O的占用。结构框图如图2。

图2 温度采集终端节点设计框图Fig.2 Temperature acquisition terminal node design block diagram

2.2 中心节点设计

无线传感网络的中心是协调器，它通过RS232串口通信将接收到的传感器数据发送给上位机，同时传达上位机所下达的指令，它的运行直接决定了整个系统的稳定性。协调器采用CC2530F256芯片，它是IT公司新一代产品，比上一代CC2430F128系列Flash增大一倍，有标准8051增强型处理器，内置射频前段CC2520，增强了RF模块的无线收发能力［1］。

3 系统软件设计

3.1 节点软件设计

本系统通过对硬件部分的软件编程来实现ZigBee网络的建立。协调器是整个网络的消息中心，它承担着发送建立网络、发送信标、管理网络子节点、收发信息的重任。

中心节点通电后，先是硬件与ZigBee协议栈的初始化，选择空闲信道建立ZigBee网络。当有节点请求加入时，给予同意并分配一个16位的网络短地址，等待采集数据命令，然后将所有数据通过串口通信发送到PC机上［2］。

终端节点被初始化后，开始搜索指定网络信道的协调器，并发出组网请求。成功加入后，进入省电模式，当有发送请求时，进行接收与发送请求，发送完成后再次进入省电模式，等待下一次请求的到来。中心节点与终端节点组网通信流程如图3。

图3 中心节点与终端节点组网通信流程Fig.3 Center node and end node network communication process

3.2 软件测试

本系统软件使用LABVIEW开发，主要由界面、数据储存与串口通信3部分组成。用户可以通过软件看到各个网络节点检测的土壤温度实时数值和历史数值曲线图，并能自行设定温度的报警阈值。因为协调器是通过RS232口与PC机相连接，从而达到收发数据与命令的功能，测试时采用COM6串口通信，波特率为9600 b/s，结果证明各节点收发数据正常。测试结果如图4。

图4 监控界面Fig.4 Monitoring interface

4 结语

随着农业向现代化、规模化的迅速发展，科学技术才是其重要的推动力。无线土壤温度监控系统能够更实时、准确的显示育苗温床的温度，让监控者更好地了解农作物的生长环境，从而更实时有效的控制农作物生长周期中土壤温度的变化，有利于其更快更好地成长。

［1］张猛，房俊龙.于ZigBee和Internet的温室群环境远程监控系统设计［J］.农业工程学报，2013，29(1)：127-128.

［2］衣翠平.于Zigbee技术的CC2530粮库温湿度检测系统研究［J］.长春理工大学学报，2011，34(4)：54-55.

［3］陈树成，杨志勇.于MSP430和CC2530的温室大棚数据采集系统设计［J］.电子设计工程，2014，22(5)：168-171.

Research on the Soil Temperature Control System in Greenhouse Based on ZigBee Technique

MAWei1,WANGHong-kai2,WANGXiu-mei3
(1.Changchun Institute of Technology,Chang Chun 130012,China；
2.Jilin Electric Power Co.Ltd.,SGCC,Chang Chun 130012，China；
3.Yalongjiangcompany Ertan hydroelectric power station，Chengdu 610000,China)

In order to improve the real-time performance and accuracy ofgreenhouse culture,a soil temperature control system based on ZigBee wireless network is introduced in this paper.The system can monitor the greenhouse situation and collecting data by temperature sensor and cc2530 chip,it realize the greenhouse soil temperature monitor and control.

ZigBee;Monitoringsystem;Soil temperature monitor

S625.5

B

1674-8646（2015）09-0012-02

2015-08-14

吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目（2014333）

马薇（1982-），女，吉林长春人，实验师，从事软件工程研究。