基于ZigBee技术的智能草莓大棚控制系统设计

张聪 赵鑫媛 张太宇

摘要：近几年，物联网行业迅猛发展，物联网的定义是指通过射频识别，红外感知，全球定位系统，激光扫描等信息传感设备，按照约定的协议。把何物体与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智慧化识别定位、跟踪监控和管理的一种网络。由于传统草莓大棚管理繁琐，人力成本高，效率低，我们将物联网技术与传统大棚相结合，设计了一种基于ZigBee的智能草莓大棚控制系统。本文主要通过ZigBee网络，终端节点采集出来信息，发送给协调器，反馈到PC机进行数据对比，判断并作出对策使棚内温度、湿度、CO2浓度等指标控制在正常范围内。

关键词：智能草莓大棚;ZigBee;CC2530;Internet of things

在智能温室大棚中种植草莓，需要特别关注空气温度、光照度和土壤温湿度的变化，这些环境因子都是影响水果产量和品质的关键因素。故设计了智能控制系统，节约了人力成本，而且比传统大棚更加精确高效完成管理任务，通过CC2530调控，温度、湿度、CO2浓度传感器进行信息的采集，卷膜机、水泵、微喷灌溉、电磁阀门、风机、继电器进行环境的维持。各部分采用ZigBee进行通讯。该方案针对于温室大棚的智能化管理十分有效，智能大棚不仅可以感知棚内温度、湿度等环境因子的变化，而且可以记录下这些重要的监测数据，并进行分析，指导大棚内的草莓生产。

1 系统总体方案设计

系统方案的设计主要包括三个部分分别是感知识别部分，控制中心和执行应用部分。感知识别部分主要为相应的传感器进行识别、处理、上传的过程。控制中心由按键、PC机、CC2530组成。执行应用部分由卷膜机、水泵、微喷灌溉、电磁阀门、风机、继电器组成。感知识别部分ZigBee终端节点将采集到的数据传送到协调器反馈到PC机，然后控制中心通过云计算等技术对信息智能处理来判断是否执行应用使棚内环境达到正常。

2 系统的硬件设计

2.1 数据采集装置

2.1.1 土壤温湿度参数

温度传感器，探针材料采用德国公司进口A级ST1PT1000精密铂电阻，能够测量土壤温度，测量范围在30℃～70℃之间，测量精度上下0.15℃，输出信号为4～20mA或0～2/5/10V DC（可根据需要选择输出信号），响应时间和稳定时间均小于1秒。

2.1.2 CO2传感器

红外二氧化碳传感器，10年以上使用寿命;是尺寸最小的传感器（33×33×12.7mm）;用户使用简单;供电电压为5V，消耗电流25mA/h;测量范围：05000ppm;精度高：±30ppm±5%读数;并且提供串口和I2C数字通讯接口。S100 CO2传感器模块是世界上最小、最轻的NDIR技术CO2传感器。

2.2 控制中心

控制中心由按键、PC机、CC2530组成。PC机主要进行数据的显示，按键进行对校准数据的设置，调整适应草莓的生长环境。CC2530是Zigbee设备的控制中心，通过软件设置可以实现数据的发送和接受，实现Zigbee协调器、Zigbee路由器和Zigbee终端设备三种角色的各种功能。

2.3 执行应用部分

执行应用部分由卷膜机、水泵、微喷灌溉、电磁阀门、风机、继电器组成。

3 系统的软件设计

为了保持大棚内生态环境的稳定，我们要实三个部分的互相协作。具体过程如图所示，初始化系统后，ZigBee协调器、路由器、终端节点通过c语言编程进行自组网，将传感器嵌入ZigBee的终端节点，进行数据采集，将数据中心发来的数据进行更新，通过协调器显示在PC机上，判断数据是否正常，若正常进行复位，重新对数据进行采集，若数据不正常，发送指令到执行器，选择卷膜机、水泵、微喷灌溉、电磁阀门、风机、继电器并决定是否开启。

4 結语

本设计只是从一般大棚管理最基本的需求出发提出了性价比比较高的一种系统设计方案，若对于大模规大棚的智能控制管理，则可以选用WiFi来进行信号的无线传输，还可加入视频监控系统以及手机电脑等终端实时管理系统等。笔者相信，随着科技的发展，未来的智能大棚管理一定会更高效、更智能、更科学。

参考文献：

[1]杨颖红，汪力纯，毛增闯.基于Zigbee的智能大棚控制系统的研究[J].电子测试，2015（17）：1417.

[2]陈坤铭，亓相涛.基于ZigBee技术的智能农业大棚设计[J].电脑知识与技术，2017，13（21）：176178.

作者简介：张聪（1998），男，汉族，河北沧州人，本科在读，研究方向：物联网技术。