基于cc2530+z-stack的智慧农场监控系统的研究

张杰

摘要：為实现对农场环境质量的监控，提高农作物产量，设计了基于zigbee技术的智慧农场监控系统。硬件上，系统采用cc2530模块、各类传感器和继电器，实现环境信息的采集和控制;软件上，系统采用IAR环境和z-stack协议栈，对信息采集和控制事件进行编程。本文主要围绕监控系统所用的关键技术、系统架构、设计流程这三个方面进行讨论。

关键词：cc2530;智慧农场;z-stack

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）11-0050-02

0 引言

大数据时代，物联网作为通信行业的新兴技术，在行业标准不断完善、技术不断进步、国家政策大力扶持的推动下，已经创造出巨大的市场空间和产业机遇。传统农业在生产过程中，农作物的种植多凭农民的经验和感觉进行生产，这不仅会造成作业效率低下、肥水药的严重浪费，还使得农产品品质与安全难以保证，很难做到精准化和利益最大化。进入工业物联网时代，传统农业可与物联网和大数据技术等结合，实现设备物联网，打造智能设备，实现农业生产智能化。本文通过物联网技术，将传感器放置在农田中计算出精确的灌溉量、施肥量、湿度、温度等信息，监控农场的环境参数，时时掌握植物动态，一旦测量值超过阈值就会发出警告并将信息通知农场主，农产主根据实际情况对农场控制，如施肥、浇水、补光、通风等，从而避免传统经验式管理的资源浪费和对环境的破坏。

1 关键技术

在无线通信领域，zigbee技术以其低功耗、自组网、抗干扰强、网络容量大等相关技术优势受到业内广泛的关注。智慧农业集系统、结构、服务、管理、控制于一体，以cc2530模块为系统设备，通过低功耗、自组网、自恢复的zigbee协议连接网关组成完整的智慧农业系统。

1.1 zigbee

Zigbee技术为物联网诞生，以低功耗和稳定的网络为优势，是当前最为流行的物联网技术之一，zigbee一开始主要应用在工业控制、传感等领域，传感网络是zigbee技术的核心，通过传感网络非常便于联网控制。zigbee技术最大的特点就是材料成本低，组建的网络大。基于zigbee的智慧农场系统可在控制网络内容纳大量的传感器采集节点，实现大规模农场的远程控制，通过网关的本地策略化功能及农场管理平台，调节农场温湿度、农场智慧灯的亮灭等，并会自动上报告警数据和在智慧农常管理平台显示告警位置，让农场的管理瞬间变得简单。

1.2 z-stack

z-stack是TI公司开发的用于zigbee技术的协议栈，便于程序员开发zigbee技术，在IAR集成开发环境中进行编程，进而实现对事件的产生和事件的处理。若想组建一个zigbee网络，那么，在同一个网络中的设备必须符合同一个协议栈规范，只要遵循该规范，即使在不同厂商买的不同设备同样也可以形成网络。z-stack可以从TI公司的官方网站上下载并安装，Zigbe协议栈每一层都有一个事件处理函数，用来处理与这一层操作相关的各种事件，这样，整个协议栈便会按照时间顺序有条不紊地运行。

2 系统设计

智慧农场监控系统通过zigbee可实现各设备之间的互联互通，如农场环境发生变化，可自动检测信息，当环境值超出阈值发出报警信息并提供远程信息反馈等功能。此系统可形成一个长期安全稳定的智能防线，给予农作物一个适合生长的最佳环境。系统设计包括硬件部分和软件设计两部分。

智慧农场监控系统选用cc2530作为核心硬件处理器，信息采集部分选用所需要的传感器实现，如DS18B20、DHT11、红外传感器、HDS05、GY-30等;控制部分采用继电器控制USB接口实现，如磁铁式继电器;显示部分采用HT1620模块。cc2530模块是实现zigbee技术的优秀解决方案，完全符合zigbee技术对节点体积小和能耗低的要求。cc2530模块体积小巧、供电能耗低、内置具有代码预取功能的8051微型控制器、具有射频功能，工作频率为2.4GHz。cc2530有21个通用I/O引脚，6个电源引脚AVDD1- AVDD5，8路可配置分辨率的12位模拟信号到数字信号转换电路，两个支持多种串行通信协议的USART0和USAR1，1个看门狗定时器，1个多功能的5通道DMA控制器，4个定时器，1个用于MCU和无线设备连接的接口。

软件设计流程为系统启动后，初始化各个zigbee模块，包括协调器、路由器、终端，协调器建立网络后，路由器和终端节点加入网络。随后，路由器和终端节点开始采集农场地上和地下环境信息，如果环境信息符合要求，系统将信息传递给协调器并在显示屏实现，协调器接受信息后通过串口转USB接口，将信息传递给PC机和手机;如果环境信息不符合要求，系统将信息传递给协调器并在显示屏实现和报警，协调器接受信息后通过串口转USB接口，将信息传递给PC机和手机，农场主看到信息后会根据实际情况对农场进行相应的控制。

3 结语

基于zigbee技术的智慧农场监控系统以其成本低、功耗低、网络节点多的特点已在我国大部分农场中进行应用，比如农作物种植、种苗培育、名贵珍惜花卉培养等。物联网技术和农业应用的结合，是高科技成果为规模化生产的现代化农业服务的成功案例，可为农作物生长创造最佳环境，增加作物产量，进而提高农场主的收入，提高农村人民生活质量。

参考文献

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Research of Intelligent farm Monitoring System Based on cc2530+z-Stack

ZHANG Jie

（Jilin Agricultural Science And Technology University，Jilin Jilin  132101）

Abstract：In order to monitor the environmental quality of the farm and improve the crop yield， an intelligent farm monitoring system based on zigbee is designed. On the hardware， the system adopts the cc2530 module， various sensors and relays to realize the collection and control of environmental information. In the software， the system adopts IAR environment and z-stack protocol stack to program information acquisition and control events. This paper mainly discusses the key technologies， system architecture and design process of the monitoring system.

Key words：cc2530; Intelligent farm; z-stack