基于WSN的智能農業監控系統的設計

張智利 李全強 李鵬爽 楊忠銘 張智華

摘 要：農業發展與農作物的培育環境密不可分，為實現智能化獲取作物實時環境信息，本文設計了一種基于無線傳感器網絡（WSN）的智能農業監控系統，實現了溫濕度以及光強信息的智能采集，并采用ZigBee蜂窩組網技術實現通信，在智能農業環境監測方面具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：環境監控；傳感器；ZigBee；WSN

Design of intelligent agriculture monitoring system based on WSN

ZHANG Zhi-li；

（Harbin University of Science and Technology， RongCheng 264300，China）

Abstract： Agricultural development is closely connected with the environment in the cultivation of crops， to realize intelligent real-time environmental information for crops， this paper designs an intelligent agriculture based on wireless sensor network （WSN） monitoring and control system， realize the intelligent temperature and humidity and light intensity information acquisition， and USES the ZigBee cellular network technology to realize communication， in the aspect of intelligent agricultural environment monitoring has broad application prospects.

Key words： Environmental monitoring； The sensor； ZigBee； WSN

引言

隨著農業養育自動化的快速發展，農業自動化控制技術以及無線網絡技術的應用得到了推廣[1]，傳統的人工監測方式成本高，智能化程度低[2]，因此本文設計的智能農業監控系統的任務是獲取農作物的培育環境信息，然后通過ZigBee網絡與PC端模塊數據通信，實現智能化農業監控。

1總體設計

本設計主要包括傳感器模塊、ZigBee終端與協調器模塊以及PC端模塊組成。傳感器模塊主要完成對溫度、濕度以及光照信息進行采集；ZigBee終端與協調器模塊主要完成數據的無線傳輸；PC端模塊方便管理人員使用上位機來監測各個時刻的信息，具有良好的人機交互功能。系統總體設計框圖如下所示：

1.1 傳感器模塊

溫濕度模塊采用DHT11傳感器，單總線通信方式，具有響應速度快、抗干擾能力強等突出優點，其原理圖如圖1-1所示；光照強度傳感器采用BH1750FVI模塊，支持I2C總線接口，可探測較大范圍的光強度變化，感光范圍在1lx～65535lx之間，其原理圖如圖1-2所示。

1.2 通信模塊

本設計的ZigBee協調器與終端均采用CC2530F256芯片，該芯片是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4 ZigBee 應用的一個真正的片上系統解決方案[3]，本設計增加了外部天線來增大網絡覆蓋范圍，其接口電路如圖1-5所示；本設計使用CH340G芯片作為串口通信模塊，12MHz無源晶振作為波特率的時鐘源，原理圖如圖1-4所示。

1.3供電電源電路

由于外部直流電壓不在微控制器電源電壓有效范圍內，所以采用三端穩壓器LM1117穩壓芯片輸出系統需要的3.3V穩壓電源，電源部分原理圖如下圖所示：

圖1-3供電電源原理圖

2軟件設計

2.1 ZigBee協議棧的實現

該部分使用Z-Stack與OSAL操作系統相結合來實現[4]。通過關閉中斷防止系統初始化流程被打斷，然后初始化系統時鐘與各個模塊，繼而確定IEEE 64位地址，對OSAL操作系統初始化，根據軟件代碼將CC2530設置成為無線網絡中的協調器或者終端，對用戶增加的OSAL任務進行輪詢，其流程圖如圖2-1所示。

2.2 ZigBee協調器與終端

協調器（即控制中心節點）必須先建立一個網絡[5]，然后主要任務為接收信息并通過串口線發送給上位機，其流程圖如圖2-2所示；終端主要負責通過傳感器獲取溫濕度及光照數據，與相應協調器完成識別后，通過無線傳輸網絡發送數據給協調器，其流程圖如圖2-3所示。

2.3上位機軟件

使用串口上位機作為本設計的PC端模塊[5]，該上位機支持115200波特率通訊，支持文本數據接收顯示與數據儲存，符合本設計要求，其界面如下圖2-4所示。

小結

本文主要設計了一種智能農業環境氣候監控系統，實現了終端對溫室大棚環境數據的實時監測采集，并且通過無線組網的方式發送到網絡的協調器，特殊設計的ZigBee天線電路增加了傳輸實用距離，結合與上位機的串口通信實現數據的遠程實時監測，減少了人力成本，具有較高的實用價值。

參考文獻：

[1]張虎，郭海霞，許曉燕.基于Zigbee的農業大棚物聯網數據采集控制系統方案設計[J].現代農業裝備，2018（06）.

[2]牛犁青，楊毅.基于物聯網的溫室大棚數字化管理系統設計與仿真[J].電子設計工程，2019，27（03）.

[3]楊旭，田宇，杜士華，董興楷，王建業.淺析ZigBee無線組網技術的研究與實現[J].數字通信世界，2019（02）

[4]李啟東，馬雪芬.基于ZigBee的大棚溫濕度監控系統設計[J].南方農機，2019，50（01）：50-51.

[5]潘琳.基于ZigBee技術的溫室大棚環境參數遠程監測[J].時代農機，2018，45（11）.

作者簡介：

張智利（出生年1998年.3月），性別男，民族漢，職稱學生，籍貫：山東省濟南市，本科學歷，電子信息工程專業，電子信息工程研究方向。

單位：哈爾濱理工大學單位（學校）， 黑龍江省，哈爾濱市，郵編150000