胡光夏

【關(guān)鍵詞】ZigBee技術(shù) 溫室無線智能控制終端 硬件 軟件

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展與我們?nèi)粘Ｒ率诚⑾⑾嚓P(guān)，溫室是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，通過溫室可以保證農(nóng)作物在最適宜的環(huán)境下生長，從而提高產(chǎn)量，而農(nóng)業(yè)自動化是溫室發(fā)展的核心元素。無線傳感器是發(fā)展迅速的一種信息技術(shù)，它通過設(shè)置在各個區(qū)域的微型傳感器監(jiān)測來實現(xiàn)一個自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是目前運(yùn)用最為廣泛的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它具有低成本、低能耗、近距離和可靠性高等眾多優(yōu)點，因此本文將對ZigBee技術(shù)在溫室無線智能控制終端的開發(fā)進(jìn)行探討。

1 系統(tǒng)硬件

為了控制溫室環(huán)境因素（主要包括光照、葉片溫度、土壤溫度、土壤水分和莖桿生長等），本系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集和實時控制的硬件實現(xiàn)溫室環(huán)境因素的控制，具體包括以下幾個方面：

1.1 中心控制模塊

本系統(tǒng)的中心控制模塊是JN5139，該模塊是低成本、低功耗的無線微型控制器，主要由32位精簡指令集處理器和2.4GHz頻段無線收發(fā)器組成，該模塊還具有豐富的外部擴(kuò)展接口，并能夠通過電池長期供電。

1.2 傳感器模塊

為了實現(xiàn)對溫室中環(huán)境因素的感應(yīng)，該系統(tǒng)采用了光照傳感器、葉片溫度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器和莖桿生長傳感器，通過傳感器采集環(huán)境因素信息，之后由A/D轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓，最后通過ZigBee控制器對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

1.3 語音發(fā)音模塊

為了實現(xiàn)智能化和自動化，該系統(tǒng)增加了語音發(fā)音模塊，通過真人發(fā)聲系統(tǒng)，對溫室中超出正常范圍的環(huán)境因素進(jìn)行語音提醒，從而使得用戶能夠及時調(diào)控。該系統(tǒng)主要采用PM60系列芯片進(jìn)行控制，該芯片可分為8段語音錄放，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。

2 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件采用的是SDK軟件平臺，主要包括協(xié)調(diào)器程序設(shè)計和終端節(jié)點程序設(shè)計。

2.1 協(xié)調(diào)器運(yùn)行流程

作為整個ZigBee系統(tǒng)的管理員，協(xié)調(diào)器運(yùn)行流程主要包括一下幾個方面：首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，主要包括硬件外設(shè)和ZigBee協(xié)議棧的初始化，之后通過選擇合適的信道來進(jìn)行信道查詢，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，最后通過網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點來發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)儲存到Flash中或傳送到計算機(jī)中。

2.2 終端節(jié)點應(yīng)用程序設(shè)計

該系統(tǒng)中終端節(jié)點主要作用是將采集到的光合有效輻射、土壤溫度、土壤水分、葉面溫度和莖桿生長變化傳送至協(xié)調(diào)節(jié)點，具體在節(jié)點上電后，先通過初始化操作對硬件外設(shè)和ZigBee協(xié)議棧進(jìn)行初始化，接著通過信道查詢來加入合適的網(wǎng)絡(luò)，然后將請求加入傳到該網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)節(jié)點，在得到允許之后加入網(wǎng)路，通過網(wǎng)絡(luò)得到傳感器讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳至協(xié)調(diào)器，完成整個過程之后系統(tǒng)會進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一次的命令。

2.3 上位機(jī)軟件界面

該系統(tǒng)通常通過將協(xié)調(diào)器作為獨立的控制器在液晶屏幕上顯示采集到的環(huán)境因素數(shù)據(jù)，同時該系統(tǒng)還可以通過串口和上位機(jī)相互連接，串行通訊口是這個過程的關(guān)鍵因素，他可以把傳感器采集到的各種信息發(fā)送至上位機(jī)，并通過相應(yīng)的軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示，而且還可以將數(shù)據(jù)以文本的形式進(jìn)行保存，方便以后查閱和跟蹤。

3 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)的工作原理主要是通過對比提醒的方法，首先將溫室植物最佳適應(yīng)的溫度、光照、水分和濕度等范圍存儲至主控制器當(dāng)中，之后通過光照傳感器、葉片溫度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器和莖桿生長傳感器等對環(huán)境中的各種因素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)和存儲的最佳范圍進(jìn)行對比，如果實際采集的環(huán)境因素數(shù)據(jù)不在最佳范圍之內(nèi)，系統(tǒng)則會開啟語音提示模式，提醒溫室的管理者對環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)整，從而保證溫室環(huán)境因素始終處于植物生長的最佳范圍之內(nèi)。溫室無線智能控制終端可以對禽舍、菌栽培養(yǎng)、大棚群日照、溫度、濕度和莖桿生長等進(jìn)行實時觀測，并將觀測數(shù)據(jù)顯示于液晶屏當(dāng)中，同時可以通過設(shè)定最佳環(huán)境因素范圍，判斷溫室實際環(huán)境因素是否有利于植物的生長，并可通過語音提醒的方式來輔助管理員進(jìn)行相應(yīng)的工作，同時系統(tǒng)還可以將采集的數(shù)據(jù)以文本的形式進(jìn)行儲存，并通過串行通訊口將數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)。

4 系統(tǒng)性能測試

該系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)性能測試，從而考察系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，首先將光照傳感器、葉片溫度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器和莖桿生長傳感器等與ZigBee終端節(jié)點連接，通過終端節(jié)點采集溫室的光照、葉片溫度、土壤溫度、土壤水分和莖桿生長等因素，并將數(shù)據(jù)每隔一分鐘傳一次至接收系統(tǒng)，連續(xù)檢測一個小時，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在一個小時之內(nèi)對溫室的光照、葉片溫度、土壤溫度、土壤水分和莖桿生長等因素均進(jìn)行了完整接收，沒有發(fā)生丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，并且采集的數(shù)據(jù)也相當(dāng)準(zhǔn)確，可見該系統(tǒng)比較完善，能夠很好的運(yùn)用于實際當(dāng)中。

總之，該系統(tǒng)是基于ZigBee技術(shù)的溫室無線智能控制終端，通過對各模塊的完善搭配，實現(xiàn)了溫室環(huán)境因素的準(zhǔn)確檢測和智能控制，該系統(tǒng)的優(yōu)點具體表現(xiàn)為：新型的語音發(fā)音模塊使得該系統(tǒng)能夠給管理人員及時準(zhǔn)確的提醒，保證管理員能夠及時調(diào)整環(huán)境因素；系統(tǒng)的低功耗使得僅僅兩節(jié)5號電池就能夠保證系統(tǒng)工作長達(dá)半年之久；數(shù)據(jù)儲存功能使得該系統(tǒng)能夠最多儲存四萬組數(shù)據(jù)，方便查詢和對比；該系統(tǒng)操作簡單、結(jié)構(gòu)輕巧，使用起來非常方便。相信通過不斷的完善，該系統(tǒng)會更加適應(yīng)于實際工程，最終為農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出一些貢獻(xiàn)，能夠更好的為人們服務(wù)。

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