基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫室大棚溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

趙文化蔣 爽張啟光常存

（1.65635部隊(duì)，遼寧 錦州 121000；2.遼寧省錦州市錦鐵街道辦事處，遼寧 錦州 121000；3.黑龍江大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150080）

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

在溫室大棚中每一個(gè)要測(cè)量的點(diǎn)位均有一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)模塊，模塊由溫濕度傳感器SHT15和一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)。溫濕度采集模塊采集大棚內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳送給ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)ZigBee協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)的ZigBee協(xié)調(diào)器中，溫濕度數(shù)據(jù)收集完畢后再通過(guò)串口傳送給PC機(jī)。PC機(jī)收到協(xié)調(diào)器傳送來(lái)的數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)處理，最終將溫濕度數(shù)據(jù)以及采集點(diǎn)位信息顯示在可視化的界面中。整個(gè)溫室大棚溫濕度采集裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 溫濕度采集裝置結(jié)構(gòu)框圖

圖2 數(shù)據(jù)采集原理圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件部分由：ZigBee終端節(jié)點(diǎn)模塊、溫濕度傳感器SHT15以及ZigBee協(xié)調(diào)器模塊組成。ZigBee核心板是由CC2430為控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)功能的基本電路，為了便于調(diào)試，減少無(wú)線收發(fā)時(shí)天線陳勝的干擾，在設(shè)計(jì)時(shí)將CC2430芯片以及外圍基本電路單獨(dú)制板。CC2430芯片內(nèi)部集成了8051單片機(jī)，CC2430RF收發(fā)器，8kb的RAM以及閃存，系統(tǒng)采用的溫濕度傳感器SHT15是以數(shù)字信號(hào)方式輸出溫濕度數(shù)據(jù)，因此CC2430可以直接控制SHT15對(duì)溫室大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并處理，而后再發(fā)送至ZigBee協(xié)調(diào)器。數(shù)據(jù)采集部分電路原理圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件部分分為下位機(jī)數(shù)據(jù)采集以及發(fā)送程序和上位機(jī)溫濕度顯示程序。整個(gè)系統(tǒng)的軟件的編寫上位機(jī)采用C語(yǔ)言程序編程，下位機(jī)采用圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW來(lái)編寫程序。LabVIEW是一種圖形化編程語(yǔ)言，它用流程圖和框圖的方式來(lái)替代傳統(tǒng)的語(yǔ)言代碼，程序編寫時(shí)更簡(jiǎn)潔方便，同時(shí)該語(yǔ)言還能適用于測(cè)繪和自動(dòng)化的特定應(yīng)用開(kāi)發(fā)，軟件內(nèi)部集成了大量的數(shù)據(jù)采集、儀器控制等函數(shù)。

圖3 數(shù)據(jù)采集流程圖

系統(tǒng)下位機(jī)控制傳感器對(duì)各個(gè)預(yù)測(cè)點(diǎn)位的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且將數(shù)據(jù)處理之后通過(guò)無(wú)線發(fā)送至上位機(jī)。在數(shù)據(jù)采集時(shí)，每個(gè)點(diǎn)位在進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)采集時(shí)采取多次測(cè)量法，采集七組數(shù)據(jù)，同時(shí)在數(shù)據(jù)處理時(shí)將最大值以及最小值分別去掉，對(duì)余下五組數(shù)據(jù)去平均值，這種去極值平均濾波法能去掉采集時(shí)產(chǎn)生的偶然誤差，進(jìn)一步提高溫濕度采集數(shù)據(jù)的精度。數(shù)據(jù)采集流程圖如圖3所示。

上位機(jī)接收到溫濕度數(shù)據(jù)后，采用LabVIEW對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及顯示，在軟件界面制作時(shí)，對(duì)采集的各個(gè)點(diǎn)位的溫濕度狀態(tài)進(jìn)行分別顯示，上位機(jī)軟件還會(huì)對(duì)溫度、濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，顯示出當(dāng)前檢測(cè)到的最高溫度，并與預(yù)設(shè)的溫度警戒線相比對(duì)，當(dāng)溫度處于安全范圍之內(nèi)時(shí)，溫濕度報(bào)警信號(hào)綠燈點(diǎn)亮；一旦有溫度或者濕度超出預(yù)警范圍時(shí)，操作界面報(bào)警信號(hào)燈立刻變?yōu)榧t色，提醒耕種人員此時(shí)溫室大棚內(nèi)的溫濕度已經(jīng)影響到農(nóng)作物的生長(zhǎng)，必須及時(shí)做出相應(yīng)處理，此時(shí)工作人員可以根據(jù)各個(gè)點(diǎn)位顯示的溫濕度數(shù)據(jù)準(zhǔn)確找到報(bào)警源頭。

表1 測(cè)量溫濕度數(shù)據(jù)

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證本系統(tǒng)的實(shí)際可靠性，在溫室大棚內(nèi)進(jìn)行實(shí)地安裝調(diào)試，隨機(jī)選擇三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)溫度為26.7℃，相對(duì)濕度為49.3%RH，采取多次測(cè)量并且將數(shù)據(jù)保存，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

結(jié)語(yǔ)

在物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必然迎來(lái)現(xiàn)代化的變革。本系統(tǒng)采用溫濕度傳感器SHT15對(duì)溫室大棚內(nèi)溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有效提高了測(cè)量精度；使用zigbee進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及時(shí)效性；采取LabVIEW軟件編寫實(shí)時(shí)監(jiān)控界面大大的提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本低廉、靈活性高、可靠性強(qiáng)，有著廣闊的應(yīng)用前景，適合在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大面積推廣。

[1]李文仲，段朝玉，等.ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實(shí)踐[M].北京：北京航天大學(xué)出版社，2007.

[2]劉江，沙雷偉，尹酉.基于CC2430的串口無(wú)線模塊的設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子元器件，2007.

[3]劉瑞玲.基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[J].2011.