一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于現(xiàn)代溫室領(lǐng)域，具體地是一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)車間，環(huán)境監(jiān)測在溫室生產(chǎn)中具有極其重要的地位，溫室環(huán)境信息的監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)其生產(chǎn)自動化、高效化最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。其主要作用是及時準(zhǔn)確地檢測、反饋現(xiàn)場作物的生長環(huán)境狀況，從而指導(dǎo)用戶依據(jù)作物生長的要求對現(xiàn)場環(huán)境條件進行調(diào)節(jié)，以保證合理的溫室環(huán)境，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，實現(xiàn)溫室農(nóng)業(yè)的智能化。
[0003]目前，傳統(tǒng)方式下，大部分溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)采用有線通訊布網(wǎng)方式和人工測量的方法，溫室普遍布線困難、組網(wǎng)復(fù)雜、測量誤差大、作業(yè)效率低，使用的線纜成本很高且對電力電纜的依賴性很強，不利于設(shè)備安裝與拆移升級；且系統(tǒng)不易維護、功耗較大面積、遠距離場合難以實現(xiàn)有效監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明就是針對上述問題，彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)；本發(fā)明具有低功耗、低成本、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、實時性強及界面友好等特點，并可進一步用作后期溫室作業(yè)及環(huán)境控制依據(jù)。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0006]本發(fā)明一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其中包括電源模塊、終端傳感節(jié)點、路由節(jié)點、中心節(jié)點和上位機；其結(jié)構(gòu)要點是:終端傳感器節(jié)點和路由節(jié)點布置到監(jiān)測溫室現(xiàn)場，然后通過USB連接中心節(jié)點與上位PC機，實現(xiàn)整個系統(tǒng)間的通信。
[0007]本發(fā)明采用上、下位機結(jié)構(gòu)，所述下位機部分結(jié)構(gòu)包括電源模塊、終端傳感節(jié)點、路由節(jié)點和中心節(jié)點；所述上位機軟件部分采用基于LabVIEW軟件來編寫上位機程序，采集到的數(shù)據(jù)通過USB上傳至上位PC機。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電源模塊采用3.3V鋰電池供電，輸出供電電壓
1.8~3.6V給CC2520芯片和MSP430單片機、輸出供電電壓3.3V給溫濕度傳感器SHTll芯片和C20芯片、輸出供電電壓3.3V~3.5V給土壤傳感器；所述電源模塊采用外部12V線性電源供電給中心節(jié)點和路由節(jié)點；本發(fā)明采用電源模塊化管理以便實現(xiàn)真正的低功耗設(shè)計。
[0009]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述終端傳感器節(jié)點部分采用超低功耗MSP430單片機采集多環(huán)境參數(shù)與CC2520芯片數(shù)據(jù)始發(fā)的分工處理并相互通信；有效地解決了單芯片工作易發(fā)熱、高能耗、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問題。
[0010]進一步地，所述終端傳感器節(jié)點包括MSP430單片機、信號調(diào)理電路，所述MSP430單片機外部接有報警裝置、IXD顯示模塊和ZigBee無線通信模塊CC2520 ;所述信號調(diào)理電路外部連接有光照強度傳感器TSL2561、溫濕度傳感器SHTll芯片、紅外氣體傳感器C20、土壤濕度傳感器。
[0011]進一步地，所述光照強度傳感器采用TSL2561T芯片，它是一種高速、低功耗可編程內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的芯片，抗干擾能力比同類芯片強。
[0012]另外，本發(fā)明所述終端傳感節(jié)點、路由節(jié)點、中心節(jié)點組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)；所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用自由ZigBee技術(shù)，結(jié)構(gòu)包括ZigBee無線通信模塊CC2520、按需分配路由節(jié)點、ZigBee無線通信模塊中心節(jié)點，通過USB連接的上位PC機。
[0013]本發(fā)明的有益效果是。
[0014]本發(fā)明設(shè)計了一種新型的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，首先利用終端傳感節(jié)點對溫室環(huán)境多參數(shù)進行采集，然后基于ZigBee技術(shù)構(gòu)建的無線傳感網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)采集信息的單跳或多跳方式結(jié)合傳輸，最后由USB實現(xiàn)與LabVIEW編寫的上位機軟件的通信，并對數(shù)據(jù)進行處理。其上位機界面友好，能夠?qū)崟r監(jiān)測溫室多環(huán)境參數(shù):
(1)低功耗系統(tǒng)實現(xiàn)，主要體現(xiàn)在低功耗硬件設(shè)計，節(jié)點切換休眠并延長休眠時間，改進無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)函數(shù)；
(2)終端傳感節(jié)點部分采用超低功耗MSP430單片機采集多環(huán)境參數(shù)與CC2520芯片數(shù)據(jù)始發(fā)的分工處理并相互通信，有效地解決了單芯片工作易發(fā)熱、高能耗、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問題，現(xiàn)場布置顯示器和報警裝置，以便現(xiàn)場作業(yè)人員及時發(fā)現(xiàn)溫室環(huán)境變化；
(3)利用ZigBee技術(shù)建立的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，協(xié)議簡單、自組織、體積小、節(jié)點功耗低、成本低、傳輸速率穩(wěn)定，非常適用于溫室無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的組網(wǎng)協(xié)議，通過合理的路由節(jié)點設(shè)置，采用小范圍近距離星型和較遠距離大范圍樹形的混合拓撲結(jié)構(gòu)，滿足較大面積、較遠距離的環(huán)境監(jiān)測，且依據(jù)后臺服務(wù)器設(shè)置數(shù)據(jù)共享化；
(4)基于LabVIEW軟件來編寫系統(tǒng)的上位機軟件，將采集到的數(shù)據(jù)通過USB上傳至PC機，便于工作人員動態(tài)監(jiān)測溫室各節(jié)點范圍環(huán)境數(shù)據(jù)的變化；同時，通過設(shè)置預(yù)警值實現(xiàn)越限報警，建立歷史數(shù)據(jù)庫，還可將數(shù)據(jù)自動生成報表，實現(xiàn)信息共享，便于數(shù)據(jù)分析；實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)具有低功耗、低成本、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、實時性強及界面友好等特點，并可進一步用作后期溫室作業(yè)及環(huán)境控制依據(jù)。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的電源模塊圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的終端傳感節(jié)點結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖3是本發(fā)明一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其中包括電源模塊、終端傳感節(jié)點、路由節(jié)點、中心節(jié)點和上位機；其結(jié)構(gòu)要點是:終端傳感器節(jié)點和路由節(jié)點布置到監(jiān)測溫室現(xiàn)場，然后通過USB連接中心節(jié)點與上位PC機，實現(xiàn)整個系統(tǒng)間的通信。
[0019]本發(fā)明采用上、下位機結(jié)構(gòu)，所述下位機部分結(jié)構(gòu)包括電源模塊、終端傳感節(jié)點、路由節(jié)點和中心節(jié)點；所述上位機軟件部分采用基于LabVIEW軟件來編寫上位機程序，采集到的數(shù)據(jù)通過USB上傳至上位PC機。
[0020]如圖1所示，為本發(fā)明一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的電源模塊圖，所述電源模塊采用3