基于ZigBee技術(shù)的智能草莓大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張聰 趙鑫媛 張?zhí)?/p>

摘要：近幾年，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)迅猛發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的定義是指通過(guò)射頻識(shí)別，紅外感知，全球定位系統(tǒng)，激光掃描等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議。把何物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智慧化識(shí)別定位、跟蹤監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。由于傳統(tǒng)草莓大棚管理繁瑣，人力成本高，效率低，我們將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)大棚相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee的智能草莓大棚控制系統(tǒng)。本文主要通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點(diǎn)采集出來(lái)信息，發(fā)送給協(xié)調(diào)器，反饋到PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，判斷并作出對(duì)策使棚內(nèi)溫度、濕度、CO2濃度等指標(biāo)控制在正常范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：智能草莓大棚;ZigBee;CC2530;Internet of things

在智能溫室大棚中種植草莓，需要特別關(guān)注空氣溫度、光照度和土壤溫濕度的變化，這些環(huán)境因子都是影響水果產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素。故設(shè)計(jì)了智能控制系統(tǒng)，節(jié)約了人力成本，而且比傳統(tǒng)大棚更加精確高效完成管理任務(wù)，通過(guò)CC2530調(diào)控，溫度、濕度、CO2濃度傳感器進(jìn)行信息的采集，卷膜機(jī)、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風(fēng)機(jī)、繼電器進(jìn)行環(huán)境的維持。各部分采用ZigBee進(jìn)行通訊。該方案針對(duì)于溫室大棚的智能化管理十分有效，智能大棚不僅可以感知棚內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境因子的變化，而且可以記錄下這些重要的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，指導(dǎo)大棚內(nèi)的草莓生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)部分分別是感知識(shí)別部分，控制中心和執(zhí)行應(yīng)用部分。感知識(shí)別部分主要為相應(yīng)的傳感器進(jìn)行識(shí)別、處理、上傳的過(guò)程。控制中心由按鍵、PC機(jī)、CC2530組成。執(zhí)行應(yīng)用部分由卷膜機(jī)、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風(fēng)機(jī)、繼電器組成。感知識(shí)別部分ZigBee終端節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)傳送到協(xié)調(diào)器反饋到PC機(jī)，然后控制中心通過(guò)云計(jì)算等技術(shù)對(duì)信息智能處理來(lái)判斷是否執(zhí)行應(yīng)用使棚內(nèi)環(huán)境達(dá)到正常。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集裝置

2.1.1 土壤溫濕度參數(shù)

溫度傳感器，探針材料采用德國(guó)公司進(jìn)口A級(jí)ST1PT1000精密鉑電阻，能夠測(cè)量土壤溫度，測(cè)量范圍在30℃～70℃之間，測(cè)量精度上下0.15℃，輸出信號(hào)為4～20mA或0～2/5/10V DC（可根據(jù)需要選擇輸出信號(hào)），響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間均小于1秒。

2.1.2 CO2傳感器

紅外二氧化碳傳感器，10年以上使用壽命;是尺寸最小的傳感器（33×33×12.7mm）;用戶使用簡(jiǎn)單;供電電壓為5V，消耗電流25mA/h;測(cè)量范圍：05000ppm;精度高：±30ppm±5%讀數(shù);并且提供串口和I2C數(shù)字通訊接口。S100 CO2傳感器模塊是世界上最小、最輕的NDIR技術(shù)CO2傳感器。

2.2 控制中心

控制中心由按鍵、PC機(jī)、CC2530組成。PC機(jī)主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示，按鍵進(jìn)行對(duì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的設(shè)置，調(diào)整適應(yīng)草莓的生長(zhǎng)環(huán)境。CC2530是Zigbee設(shè)備的控制中心，通過(guò)軟件設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受，實(shí)現(xiàn)Zigbee協(xié)調(diào)器、Zigbee路由器和Zigbee終端設(shè)備三種角色的各種功能。

2.3 執(zhí)行應(yīng)用部分

執(zhí)行應(yīng)用部分由卷膜機(jī)、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風(fēng)機(jī)、繼電器組成。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

為了保持大棚內(nèi)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，我們要實(shí)三個(gè)部分的互相協(xié)作。具體過(guò)程如圖所示，初始化系統(tǒng)后，ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)c語(yǔ)言編程進(jìn)行自組網(wǎng)，將傳感器嵌入ZigBee的終端節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)中心發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，通過(guò)協(xié)調(diào)器顯示在PC機(jī)上，判斷數(shù)據(jù)是否正常，若正常進(jìn)行復(fù)位，重新對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，若數(shù)據(jù)不正常，發(fā)送指令到執(zhí)行器，選擇卷膜機(jī)、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風(fēng)機(jī)、繼電器并決定是否開(kāi)啟。

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)只是從一般大棚管理最基本的需求出發(fā)提出了性價(jià)比比較高的一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，若對(duì)于大模規(guī)大棚的智能控制管理，則可以選用WiFi來(lái)進(jìn)行信號(hào)的無(wú)線傳輸，還可加入視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及手機(jī)電腦等終端實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)等。筆者相信，隨著科技的發(fā)展，未來(lái)的智能大棚管理一定會(huì)更高效、更智能、更科學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張聰（1998），男，漢族，河北滄州人，本科在讀，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。