基于Zigbee技術(shù)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)

　　近年來在國內(nèi)外的市場上出現(xiàn)了眾多采用GPRS技術(shù)的溫室大棚監(jiān)控設(shè)備，該技術(shù)和設(shè)備具有傳輸信息量大、可遠(yuǎn)程操控及具有較高的可靠性，但其設(shè)備造價和通信費都較高，因而很難得到廣泛推廣。因此筆者開發(fā)了一種基于Zigbee技術(shù)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有低功耗、低成本、高可靠性、低復(fù)雜度、安裝維護(hù)簡單和擴(kuò)展性強等優(yōu)點，為溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的推廣提供了一個不可多得的平臺。

　　1 Zigbee無線通信技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Zigbee是符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的新興無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，其發(fā)起組織Zigbee聯(lián)盟于2004年底發(fā)布了最早的1.0版本規(guī)范，之后相繼推出了Zigbee2006和Zigbee PRO兩個升級版本。有關(guān)Zigbee的產(chǎn)品還大多處于研究階段，但鑒于其眾多的優(yōu)點，相信不久，基于Zigbee技術(shù)的產(chǎn)品將會得到迅速普及應(yīng)用。

　　1.1 Zigbee技術(shù)的主要特點

　　1)低功耗。在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月，甚至更長。

　　2)低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求。

　　3)低速率。在2.4 GHz的工作頻率下可提供250 kbps的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

　　4)近距離。相鄰節(jié)點之間傳輸范圍一般介于10～100 m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1～3 km。

　　5)短時延。Zigbee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms，節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。

　　6)高容量。Zigbee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一個主節(jié)點可管理多達(dá)254個子節(jié)點。

　　7)高安全。Zigbee提供了三級安全模式。

　　8)免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段。

　　1.2 Zigbee協(xié)議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Zigbee協(xié)議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　本設(shè)計所采用的主控制器是由美國TI公司生產(chǎn)的CC2430無線單片機，該單片機承載了Zigbee技術(shù)的片上系統(tǒng)(SoC)，屬增強型的51單片機，是高度整合了的系統(tǒng)級射頻收發(fā)器，其主要特點如下：

　　1)芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了相關(guān)的RF電路，因此外圍接口電路比較簡單。

　　2)該芯片為增強型8051微處理器，內(nèi)置看門狗、AD轉(zhuǎn)換等模塊，因此功能強大。

　　3)該芯片價格低廉，外圍電路簡單，因此具有較低的開發(fā)成本。

　　2 系統(tǒng)硬件組成

　　在本系統(tǒng)中，根據(jù)功能硬件組成可分為傳感器終端設(shè)備和中央控制設(shè)備兩大部分，終端設(shè)備實現(xiàn)對監(jiān)控點的數(shù)據(jù)采集和滴灌開關(guān)、遮光板角度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機、日光燈和通風(fēng)設(shè)備控制;中央控制設(shè)備則實現(xiàn)對各終端收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理比對和控制輸出。

　　2.1 傳感器終端

　　傳感器終端設(shè)備由RF收發(fā)模塊、傳感器模塊和執(zhí)行器驅(qū)動模塊組成。其中執(zhí)行器驅(qū)動模塊主要是由繼電器電路組成，而傳感器模塊由數(shù)字溫度傳感器DS18B20、數(shù)字濕度傳感器SHT21、微型數(shù)字二氧化碳傳感器S-100及TSL230B光照強度/頻率傳感芯片組成，而RF收發(fā)模塊使用的是TI公司提供的CC2430無線收發(fā)模塊，具體電路原理如圖2所示。

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