基于ZM5168模塊的農業溫室大棚溫濕度采集節點的設計

王仁增，任凱*，金大維，邊疆

（1.沈陽工業大學，遼寧遼陽111003；2.國網遼陽供電公司，遼寧遼陽111000；3.忠旺集團有限公司，遼寧遼陽111003；）

基于ZM5168模塊的農業溫室大棚溫濕度采集節點的設計

王仁增1，任凱1*，金大維2，邊疆3

（1.沈陽工業大學，遼寧遼陽111003；2.國網遼陽供電公司，遼寧遼陽111000；3.忠旺集團有限公司，遼寧遼陽111003；）

介紹了采用ZM5168模塊、STC89C52單片機和DHT11溫濕度傳感模塊構成的ZIGBEE溫濕度采集節點。該節點可以實現對溫室內溫度、濕度信號的采集，并通過ZIGBEE通信實現所采集信號的實時無線傳輸。本設計均采用已經開發好的功能模塊，這樣既保證了開發的高效性，也提高了系統的穩定性。

ZM5168模塊；STC89C52單片機；QX4054芯片；DHT11模塊

我國黃河以北地區冬季長且寒冷，不適宜農作物生長。農民通過建造溫室大棚，解決作物冬天生長問題。但是，由于溫室屬于密閉空間，同時植物具有蒸騰作用，使溫室內濕度很高，極易造成病害。因此，對溫室內環境溫度和濕度的監測具有重要意義。本文提出一種基于ZM5168模塊的溫濕度采集節點，完成對農業大棚內溫度和濕度信號的監測，為農民提供更加詳細、準確、及時的環境參數，使農業生產更加高效、智能。

1 系統構成

本設計采用基于ZIGBEE協議的ZM5168模塊作為通信接口，選用STC89C52單片機作為處理器，利用DHT11模塊作為溫濕度的傳感器，應用QX4054芯片和CN5136芯片作為鋰電池管理單元，外接SD卡作為數據存儲器，采用LED實時顯示系統當前的溫濕度值。系統結構框圖見圖1。

2 系統硬件設計

2.1 處理器STC89C52

STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。其采用增強型8051單片機，6 h和12 h工作周期可以任意選擇；指令代碼完全兼容傳統8051單片機；工作電壓為5.5～3.3 V；8 K字節片上用戶程序存儲空間，512 K字節RAM存儲空間；具有32位通用IO口，可實現模擬SPI總線，用于SD卡的訪問，以及擴展LED顯示功能和按鍵；通用異步收發串行接口用于和ZM5168模塊實現通信。因此本設計采用STC89C52單片機實現控制功能。

2.2 ZM5168通信模塊

ZM516X系列ZigBee無線模塊是廣州致遠電子股份有限公司基于NXP JN5168芯片開發的低功耗、高性能型ZigBee模塊，它提供一個完整的基于IEEE802.15.4標準ISM（2.4-2.5GHz）頻段的應用集成方案[1]。ZM5168模塊和單片機之間通過串口通信協議，就可以實現ZIGBEE通信節點之間的無線通信功能。ZM5168模塊共有27根引腳，其中12腳和13腳是TTL電平的串口收發引腳，22腳是復位輸入引腳RESETN，25腳是命令響應引腳ACK，14腳是恢復出廠設置引腳DEF，16腳是工作指示燈引腳STATE。在本設計中采用的電路原理可以完成ZM5168通信模塊的無線數據收發功能。

2.3 DHT11溫度濕度采集模塊

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。一共有4根引腳，其中引腳1為電源，引腳4為GND，引腳3為DATA。本設計中單片機通過通用IO口和DATA之間的連接，完成對溫度和濕度信號的采集功能。

2.4 電源電路

本設計中，節點供電采用鋰離子電池供電。鋰離子電池的電源管理系統采用鋰離子電池恒流恒壓線性充電IC芯片QX4054、ADI公司出品的降壓模塊ADP3339AKC -3.3-RL以及上海如韻公司出品的CN5136模塊構成[2]。該管理系統可以實現micro usb接口充電，可以提供5 V、3.3 V電壓，滿足本設計的需求。

3 軟件設計

本節點采用C51語言作為開發語言，Keil uVision作為軟件開發平臺，實現對節點程序的設計。整個程序分為5部分：主程序、顯示子程序、通信子程序、溫濕度采集子程序，以及IO模擬SPI驅動子程序。首先，處理器上電復位，完成對數據緩沖區、顯示緩沖區、定時器等的初始化。ZM5168模塊的初始化通過在PC機上的FastZIGBEE應用軟件實現，單片機在初始化階段只需要完成對串口的初始化即可。初始化完成后，單片機延時越過傳感器DHT11的非穩定狀態期，與此同時，通過LED顯示數據緩沖區內的數據，并循環執行。數據的采集是通過單片機的定時中斷實現，節點設置采集周期為1 S。當需要時，節點可以通過無線接口，把數據上傳給上位機，完成數據收發的工作。

4 結論

本節點均采用成熟可靠的模塊進行開發，降低了開發的難度，提高了工作的可靠性。本節點涉及的功能均通過實際測試實現完成，效果良好。但是，ZM5168通信模塊具有的強大組網功能沒有在本設計中實現，還需要進一步的設計和開發。

[1]廣州致遠電子有限公司.ZM516X系列ZigBee無線模塊用戶手冊[OB/OL].

[2]劉勝男，于鑫，王巖.基于鋰電池的便攜式電源系統設計[J].軟件，2012，34（12）：90-91.

1005-2690（2017）08-0135-02

S126；S625

B

2017-07-25）

任凱（1981-），男，漢族，遼寧蓋州人，碩士，工程師，講師，研究方向為計算機控制技術及嵌入式技術等。