基于Zigbee技术的土壤无线温湿度控制系统设计

许慧燕　高金定　陈外流　杨盼　段波

摘 要： 智能节水滴灌控制是精准农业的一个发展方向。以CC2530型ZigBee芯片为载体，设计了可用于土壤滴灌控制系统的无线温湿度数据采集及控制系统。节点电路采用DHT11温湿度传感器，通过Zigbee无线网络将采集到的温湿度数据发给协调器端。协调器端接收到节点传输过来的数据包从Zigbee协议上解析实时温湿度数据，然后通过串口以固定的协议发送给DGUS串口屏，DGUS串口屏实时显示当前的温湿度值，实现了温湿度上限、下限超标报警及控制等功能。该系统可应用于智能节水滴灌控制系统，对节水灌溉具有重要的意义。

关键词： Zigbee； 串口屏； 温湿度； 控制系统

中图分类号：TP273；S275.3 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2015）04-38-02

Abstract： Intelligent water-saving irrigation controlling is a development direction in precision agriculture. Taking CC2530 chip as the carrier， a wireless temperature and humidity data acquisition and control system of soil drip irrigation is designed. Using DHT11 temperature and humidity sensors in the node circuits， the temperature and humidity data is sent to the coordinator through the Zigbee wireless network. The coordinator receives the node transmission real-time temperature and humidity data over the packet data analysis from the Zigbee protocol， and then sends the data to DGUS serial screen in the fixed protocol through the serial port， DGUS serial screen displays the current value of the temperature and humidity in real time. The system can be applied in intelligent water-saving irrigation controlling， it has an important significance for water saving irrigation.

Key words： Zigbee； serial screen； temperature and humidity； control system

0 引言

温湿度监控系统在智能家居、工业控制、现代农场、医用领域等应用非常广泛[1-2]。传统的温湿度监控系统都是采用模拟传感器做信号采集，这种方式电路复杂、受环境影响非常大、成本高、稳定性差。而采用DHT11数字温湿度传感器和Zigbee无线组网技术实现温湿度采集，具有传输损耗低（几乎为零）和传输距离远的优势，系统只需一个协调器和多个温湿度数据采集节点，可以通过组网实现多点温湿度数据无线监控，不需要导线相连，成本和稳定性得到了较大的提高[3-4]。

本文采用Zigbee技术和DHT11温湿度传感器，设计了可应用于农场智能节水滴灌控制系统的无线温湿度测量及控制系统，具有重要的实际意义[5-6]。

1 方案设计

采用TI公司的CC2530芯片作为整个系统的核心芯片，无线局域网组网协议采用TI公司的Z-Stack。整个系统用两片CC2530芯片，一片作为节点模块对温湿度传感器DHT11、LCD12864和无线模块进行初始化，并从DHT11上获取温湿度数据，处理后打包一起通过无线传输给协调器端或者路由端，另一片CC2530作协调器端，初始化串口、无线模块，并通过无线模块接收终端传输过来的数据，从中解析得到所需的温湿度数据，再通过串口发送个DUGS串口屏实时显示出来。这种方式结构简单、电路简单稳定、传输数据的可靠性非常高，是未来的发展趋势。

2 核心硬件电路设计

图1是CC2530电源电路，CC2530的功耗低、电压范围广，对电源的要求不高，用AMS1117芯片加滤波电容就能满足。图1中C1、C2、C3、C4、C5用于滤波，滤除高频及杂波，使CC2530的电源输入直流更纯净，提高系统的稳定性。图2为CC2530芯片和外围电路， C6、C7、C8、C9、C10、C11是电源滤波电容，主要是滤除电源带进了的杂波信号，提高电源的稳定性。

图3是射频收发电路，由L1、L2、L3、C12、C13、C15、C17组成的射频阻抗匹配电路，目的是提高无线发射的效率。通过匹配电路与天线接头相接，构成了CC2530的射频发射、接收电路。

3 软件程序设计

软件程序设计包括节点和协调器两个部分。图4是节点软件程序流程图，如图4所示，CC2530上电后首先完成一系列的初始化（初始化IO口、串口、无线模块、温湿度传感器、无线匹配连接等），然后开始进入循环，不断地采集DHT11的温湿度数据，经过转换处理后在终端板上的LCD12864上打印温湿度数据并通过无线向协调器端或者路由端传输数据。

图5是协调器软件程序流程图。如图5所示，协调器也是采用CC2530为处理器，上电同样初始化IO、串口、无线，初始化完成后通过无线从终端接收传输过来的温湿度数据，然后通过CC2530的串口将接收的温湿度数据发给DGUS串口屏或者PC端上位机软件，DGUS屏接收到数据通过处理实时显示出来。

4 测试

图6是硬件实物图，主要包括节点电路、协调器电路两个部分。图7是DGUS屏上位机软件测试结果，把DGUS屏和Zigbee模块连接好后上电运行程序，协调器端DGUS屏幕上实时显示温湿度数据，和终端LCD12864上显示的数据一致。用手摸或用嘴吹DHT11模块做测试，温湿度变化时两端显示的数据随之改变。

5 结论

本文以CC2530芯片为核心，设计了基于Zigbee无线传感网络的土壤滴灌控制系统的无线温湿度数据采集及控制系统，完成了土壤节点温湿度数据采集及DGUS串口屏实时显示，实现了温湿度上限、下限超标报警及控制等功能。该系统对智能节水灌溉控制系统的设计具有重要的意义。

参考文献：

[1] 吴军辉，徐立鸿.智能节水滴灌控制器的研究与开发[J].自动化与仪表，2002.2：29-31

[2] 朱光忠，陈建明.基于土壤湿度检测的滴灌控制器设计与研究[J].工业控制计算机，2014.27（12）：140-141

[3] 罗杰.基于模糊控制智能灌溉控制系统研究[D].吉林大学硕士学位论文，2011.

[4] 周易，韩强，徐刚等.新型智能节水控制器的研制与开发[J].上海电机学院学报，2009.12（1）：33-35，39

[5] 张磊.智能节水灌溉系统的无线传感器网络设计[D].大连理工大学硕士学位论文，2009.

[6] 刘书伦，冯高峰，贾宝华.基于物联网Android平台的远程智能节水灌溉系统[J].农机化研究，2015.6：217-220