ZigBee技术在木耳制菌环境监控系统中的应用.docVIP

ZigBee技术在木耳制菌环境监控系统中的应用 　　摘 要：本设计结合ZigBee无线传输技术、利用自动控制原理、单片机控制理论，以及MCGS组态软件，完成了一套木耳制菌环境监控系统，该系统可以远程监测制菌内环境参数，实时采集并传输，及时将环境参数调控至适宜菌种生长的条件。经试验表明，本系统性能稳定，方便移植，可操作性强，在农业信息化、智能化、自动化发展中起着重要作用。 　　关键词：Zigbee；无线传感器网络；远程监控；木耳 　　中图分类号：TP277 文献标识码：A 　　0. 引言 　　在过去的40多年中，我国现代黑木耳产业不断发展壮大，使得黑木耳已成为继平菇、香菇之后的第三大食用菌品种。因此，将木耳菌种栽培环境监控系统搭建成具有高质量、高效率、低成本的特点，推动产业继续发展，提升黑木耳的产量与质量，使生产自动化，方便从业人员的生产与管理成为了势在必行的任务。 　　1. 系统整体设计方案 　　系统由远程监控平台、数据采集平台以及现场监控平台3部分组成。为了实时采集环境参数数据信息，需要将温湿度传感器与二氧化碳传感器分别与终端ZigBee节点相连，通过ZigBee网络将数据上传至协调器中，MCGS监控触摸屏来接收协调器汇总传送的数据，对数据做出判断，决定是否改变自动喷淋系统、通风系统及制菌室内空调系统的开关状态。然后将控制指令返回给协调器来控制相应继电器的开关状态，使得制菌室内的环境状况能够实现智能调控以及食用菌制菌过程环境监控的自动化。并且可以通过MCGS触摸屏来实现现场情况的实时查看，各设备工作状态的了解，各参数信息的掌握。现场数据亦可通过无线模块传送至远端主控制机上，实现系统的远程监控。系统整体模拟图如图1所示。 　　2. 系统硬件设计 　　2.1 传感器模块选型 　　在制菌生产过程中，为了使菌种的质量和产量得到保证，需要监测对菌种生长起着重要影响的参数，包括二氧化碳、空气温湿度浓度，因此在本实验中，为了采集数据信息，终端节点要携带二氧化碳传感器和温湿度传感器。 　　2.2.1 温湿度传感器 　　SHT15具体工作原理为：温度、湿度的数据信息分别通过温度传感器与湿度传感器读取到，而后会将相对温度、湿度的信号相应发出，通过放大器将信号放大，放大的信号被A/D转换器进行一系列处理，包括模数转换、纠错与校准，二线串行数字接口再把相对温度与相对湿度的具体数据传送给微处理器，最后通过微处理器完成非线性补偿和温度补偿。 　　2.2.2 二氧化碳传感器 　　本系统选用模块型号为S_100的二氧化碳传感器。该二氧化碳传感器已经在精准农业、畜牧业、工业等领域得到广泛应用，采用NDIR技术，无论是质量还是体积都很小。该模块含有多种输出端口，例如I2C、模拟量等，这使得模块能够满足多种场所的安装条件，更方便传输与读取数据；同时，模块还附带容易拔取与安插的插针，为与其他设备连接提供条件。 　　2.3 继电器模块 　　继电器作为一种电控器件常被用于自动控制电路当中，可实现自动控制电路中自动调节、电路转换的功能。它具有电路隔离能力的自动化开关元件，可以根据控制电路的小电压、电流等物理量有效地控制被控制电路的大电压、电流等的通断。继电器的种类很多，大体上可分为固体型、时间型、极化型、舌簧型和电磁型等。它们都包括执行机构（输出电路）、感应机构（接收输入信号）和比较机构（提供比较量）3个部分。 　　2.4 无线处理模块 　　在本设计中，系统的驱动控制功能是利用芯片CC2530完成的，其外接电路图如图2所示。该芯片应用方便简单，仅仅通过少数外接电路就能够满足不用功能的要求，通过RS232完成与PC机间的通信。CC2530内部集成了2个USART、6个定时器、21个通用GPIO、DMA控制器、12位ADC、AES处理器、USB2.0全速控制器等等，如图2所示。 　　2.5 无线数传模块 　　本系统选用型号为KYL-1020L的无线数传模块实现远程监控功能。该模块由深圳科易连有限公司生产，体积小巧，功耗较低，双向传输，适用于远距离无线传输，具有超高稳定性与可靠性，接口方式为RS232，为监控数据信号提供了质量保证。 　　2.6 监控屏选型 　　MCGSTpc嵌入式一体化触摸屏TPC7062K作为本系统的触摸屏，由北京昆仑通态公司研制，操作方便，性能稳定，功耗较低，CPU亦为嵌入式。作为一种自带微处理器的智能终端，TPC7062K具备计算机功能，运用Wince.NET操作系统，结合MCGS应用软件。监控屏外观如图3所示。 　　3. 系统软件设计 　　3.1 系统开发语言nesC 　　nesC语言是针对有限资源的无线传感器网络节点而研发的编程语言，将令组件化的设计思路和驱动事件的执行模式完美结合，开发人员