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基于无线传感器网络的蔬菜大棚智能控制系统研究

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雷鑫

摘要：一直以来蔬菜的生长都是随着季节而生长，人们没有有效的方法大批量的改变蔬菜生长环境以及产量，随着科技的发展，通过科技来改变蔬菜生长季节及产量就成了一个有待解决的问题。在智慧蔬菜大棚中构建了以ZigBee为核心无线传感网络，本文主要讲述了无线传感器网络的蔬菜大棚智能控制系统的结构和采用的传感器。

关键词：ZigBee；智慧蔬菜大棚；传感器

1引言

传统的蔬菜大棚只能凭经验施肥，不仅浪费大量的人力物力还可能因控制不好而造成蔬菜的损失。该项目在了解蔬菜的生长特点及所需的营养情况下结合专门测试蔬菜生长环境所需的传感器来实时、动态的农作物种植环境信息采集，实现快速、多维、多尺度的实时监测，并在种植专家知识系统基础上实现作物种植的智能灌溉、智能施肥等自动控制。该项目的实施可实现科学合理的提高蔬菜的产量。

2系统设计

2.1ZigBee网络中的设备类型：

ZigBee网络中有两种类型的设备分别

为全功能设备（FFD）和精简功能设备（RFD）。FFD一般来说是承担网络协调者的作用。RFD只具有简单的功能如控制开关。ZigBee协议根据ZigBee设备在网络中的作用与功能要求，将ZigBee网络中的设备分成了三种类型：协调器、路由器和终端设备。协调器是ZigBee网络的核心，能够保证整个网络中设备之间的正常通信。路由器主要起路由的作用，负责维护网络路径、有哪些信誉好的足球投注网站设备加入网络和数据传输。FFD和RFD都可作为终端设备，因为他们的结构简单，功能单一。ZigBee网络中主要有三种拓扑结构：星型网络、树状网络和网状网络。每种网络结构中必须要有一个协调器建立和协调网络，每个ZigBee设备都具有一个64位的IEEE地址（一般称为长地址），这个64位长地址是在芯片生产时就被确定了的，而且各不相同，并且是全球唯一的。

2.2传感模块

传感器模块由不同的传感器实现，包括温湿度传感器、光照度传感器、土壤湿度传感器和热释红外传感器。

温湿度传感器：温湿度数据采集节点采用SHT10采集农业大棚中的温度和湿度，工作电压24-25V，测湿精度为+-45%RH，足以满足大棚要求。SHT10采用SMD贴片封装，用两条串行线与处理器进行数据通信。数据采集完后ZigBee无线通信芯片将数据传输到协调器，完成了一次数据采集。

光照度传感器：光照度传感器实现光照数据采集功能，它采用光敏电阻采集环境的光照度信息，当光照度发生变化时，光敏电阻的阻值会减小。数据采集后转化为电压值送给CC2530单片机，并通过CC2530单片机的射频通信模块将数据经路由器传输到协调器，完成一次数据采集。

控制器模块：控制模块主要实现设备的开关控制，主要由继电器及控制电路组成。采用USB接口与外围设备连接。控制节点负责执行上协调器发送的开关设备的命令。

2.3控制器芯片选择

控制器芯，选择TI公司生产的CC2530，主要是利用CC2530的RF无线射频功能实现系统的自组网，即可进行数据的传输。

3系统的设计方案

方案设计上，主要设计三个子系统，分别是ZigBee网络传输子系统、视频监控子系统和数据处理子系统。

3.1ZigBee网络传输子系统

本研究提出的智慧大棚系统中，环境感知模块的监测对象包括棚内的大气环境及土壤环境，主要通过CC2530的RF无线射频功能实现系统的自组网来实现，它具有传输功耗低、传输速率低、成本低的优势，主要包括感知节点、协调器节点，感知节点上所感知到的数据经过多条传输途径汇至协调器节点，再向上层系统传输，最终实现大棚环境的实时监测。在大棚内随机设置多个各种类型的传感器，可以实现湿度、温度、光照度、气体浓度、土壤PH值的监测：此外，该系统中还增加了若干个与感知节点功能类似的智能水泵控制节点。不过其传感器模块由两路工业级继电器开关控制模块取代，在可感知棚内环境数据及土壤数据的变化后，通过水泵的启停实时调整土壤的温湿度。

3.2视频监控子系统

智慧大棚的视频监控模块包括无线智能摄像头、视频数据分析处理及终端信息系统等三个部分，其中无线智能摄像头可360度水平连续旋转、90度垂直旋转，具有防雷、防浪涌等室外防护能力，在不同的室外工作温度环境中支持分级管理，可更好的适应大棚内外的工作环境。在传统的视频监控系统中，一个管理人员需要监视多路视频，由于其工作负担大、需要管理的范围广，很容易出现疏漏，甚至会错过最佳的事故处理时机：并且传统的视频监控系统存在大量未经处理的视频原始数据，很多都是无用的片段，不仅占用了大量的存储空间，而且事后查询历史视频也较困难。面智能视频监控不仅大大提高了视频监控的时效性及可靠性，而且减少了人工监控管理的工作量，改善了工作效率及效果。

3.3数据处理子系统

数据处理模块是整个智