基于ZigBee技术的葡萄园环境监测系统

杨春丽

摘要：系统以各类传感器和CC2530作为终端节点，通过ZigBee所建立的网络将环境参数汇集给协调器，并利用RS232串口实现协调器与上位机的通信，实现对葡萄园内空气温湿度、土壤湿度、光照强度数据进行采集与显示。如果采集到的数据超过系统设定的阈值时，则会发出报警，提醒管理人员及时采取措施对环境进行改善。把ZigBee无线传感器网络应用于葡萄园内环境监测，一方面是考虑了其低成本、低功耗的特点，同时也省去了布线的麻烦，降低了网络维护成本。

关键词：ZigBee;无线传感器;葡萄园;环境;监测;系统

中图分类号：TN99-34         文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）20-0159-03

Vineyard Environmental Monitoring System Based on ZigBee Technology

YANG Chun-li

（Dali University， Dali 671003， China）

Absrtact： The system uses all kinds of sensors and C2530 as terminal nodes， collects the environmental parameters to the coordinator through the network established by ZigBee coordinator， and uses RS232 serial port to realize the communication between the coordinator and the host computer， so as to collect and display the air temperature and humidity， soil humidity and light intensity data in the vineyard. If the collected data exceeds the threshold set by the system， an alarm will be issued to remind managers to take timely measures to improve the environment.

Key words： ZigBee; wireless sensor; vineyard; environment; monitoring; system

1引言

葡萄是一種对光照强度、空气温湿度和土壤保水能力要求较高的植物。为了确保葡萄的增产增收，达到科学种植的目的，迫切需要引入一种合适的葡萄园环境监测系统。传统的农业环境监测系统通常采用有线方式。在实际应用时，由于采集点分散需要大量布线，会致使各种线缆交错，导致系统安装与维护成本上升[1-2]。此外，农业环境具有长期高温、潮湿、土壤及空气酸碱性较高等特点，容易导致通信线路老化，致使系统的可靠性降低[3-4]。这些不足严重影响了有线环境监测系统在葡萄园环境监测中的推广。

基于此，在与多种无线组网技术比较后，利用ZigBee无线传感器网络自组网能力强，即使在GPS覆盖不到的区域都可以使用及可根据葡萄园地形灵活设置网络拓扑结构、功耗低、成本低等优点，提出把ZigBee网络应用于葡萄园环境监测中来，这样既解决了传统农业环境监测系统存在的问题，又满足了葡萄树对生长环境的需求。

2 系统硬件设计

系统硬件设计包括系统的硬件选型和网络拓扑设计。在整个应用中，系统终端节点与协调器节点采用了TI公司生产的 CC2530 芯片[6]，利用无线传感器和ZigBee模块构建网络对葡萄园内光照强度、空气温湿度、土壤湿度参数进行采集并传送给CC2530进行处理，再传送给上位机在PC端进行显示。

当葡萄园较小时，可以采用如图1所示的以协调器为核心多个互不通信的终端节点连接至网络的星形网络拓扑结构[7]。整个网络由终端节点模块、无线传感器模块、协调器模块、上位机模块构成。当葡萄园较大时，采用网状拓扑和树状拓扑结构，这两种网络结构都需要路由节点作为中继。

2.1  CC2530单片机

CC2530内部集成了51控制器、射频收发器，具有功耗低、节点设计简单、功能强等特点。CC2530具有四种不同的闪存版本，分别是32/64/128/256KB、有21个通用输入输出I/O引脚、18个中断源的中断控制器、5通道 DMA、32kHZ的睡眠定时器等丰富的外设接口[8]，CC2530具有多种运行模式，使得它尤其适用于超低功耗要求的系统。

2.2 传感器硬件设计

2.2.1 温湿度传感器DHT11

温湿度传感器DHT11是一款已校准数字信号输出的，将温湿度传感技术和数字模块采集技术相结合的传感器，用于对葡萄园内空气温度和湿度的采集，确保其采集数据的准确性[4-8]。其工作电压为3～5.5V。DHT11传感器包括1个电阻式感湿元件和1个NTC测温元件，信号传输距离可达20米以上，DHT11采用串行接口单总线数据传送方式，每次传送40位数据，分为整数和小数两部分。图2为DHT11电路连接图。

2.2.2 光照传感器GY-30

系统使用GY-30数字光照传感器来测试光照强度。GY-30自带一个16位A/D转换器，可以直接输出数字信号。GY-30采用ROHM原装BH1750FVI作为主控芯片，供电电源为3～5V，能检测到大范围的照度（0～65535 Lx）变化，具有较高的灵敏性[9]。传感器有5个引脚，分别是： I2C总线时钟引脚SCL、I2C总线数据引脚SDA、供电电源引脚VCC、公共接地端GND、I2C地址引脚ADDR [9]。GY-30与CC2530电路连接图见图3。