基于ZigBee技術的智能草莓大棚控制系統設計

張聰 趙鑫媛 張太宇

摘要：近幾年，物聯網行業迅猛發展，物聯網的定義是指通過射頻識別，紅外感知，全球定位系統，激光掃描等信息傳感設備，按照約定的協議。把何物體與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智慧化識別定位、跟蹤監控和管理的一種網絡。由于傳統草莓大棚管理繁瑣，人力成本高，效率低，我們將物聯網技術與傳統大棚相結合，設計了一種基于ZigBee的智能草莓大棚控制系統。本文主要通過ZigBee網絡，終端節點采集出來信息，發送給協調器，反饋到PC機進行數據對比，判斷并作出對策使棚內溫度、濕度、CO2濃度等指標控制在正常范圍內。

關鍵詞：智能草莓大棚;ZigBee;CC2530;Internet of things

在智能溫室大棚中種植草莓，需要特別關注空氣溫度、光照度和土壤溫濕度的變化，這些環境因子都是影響水果產量和品質的關鍵因素。故設計了智能控制系統，節約了人力成本，而且比傳統大棚更加精確高效完成管理任務，通過CC2530調控，溫度、濕度、CO2濃度傳感器進行信息的采集，卷膜機、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風機、繼電器進行環境的維持。各部分采用ZigBee進行通訊。該方案針對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溫度、濕度等環境因子的變化，而且可以記錄下這些重要的監測數據，并進行分析，指導大棚內的草莓生產。

1 系統總體方案設計

系統方案的設計主要包括三個部分分別是感知識別部分，控制中心和執行應用部分。感知識別部分主要為相應的傳感器進行識別、處理、上傳的過程。控制中心由按鍵、PC機、CC2530組成。執行應用部分由卷膜機、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風機、繼電器組成。感知識別部分ZigBee終端節點將采集到的數據傳送到協調器反饋到PC機，然后控制中心通過云計算等技術對信息智能處理來判斷是否執行應用使棚內環境達到正常。

2 系統的硬件設計

2.1 數據采集裝置

2.1.1 土壤溫濕度參數

溫度傳感器，探針材料采用德國公司進口A級ST1PT1000精密鉑電阻，能夠測量土壤溫度，測量范圍在30℃～70℃之間，測量精度上下0.15℃，輸出信號為4～20mA或0～2/5/10V DC（可根據需要選擇輸出信號），響應時間和穩定時間均小于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）;用戶使用簡單;供電電壓為5V，消耗電流25mA/h;測量范圍：05000ppm;精度高：±30ppm±5%讀數;并且提供串口和I2C數字通訊接口。S100 CO2傳感器模塊是世界上最小、最輕的NDIR技術CO2傳感器。

2.2 控制中心

控制中心由按鍵、PC機、CC2530組成。PC機主要進行數據的顯示，按鍵進行對校準數據的設置，調整適應草莓的生長環境。CC2530是Zigbee設備的控制中心，通過軟件設置可以實現數據的發送和接受，實現Zigbee協調器、Zigbee路由器和Zigbee終端設備三種角色的各種功能。

2.3 執行應用部分

執行應用部分由卷膜機、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風機、繼電器組成。

3 系統的軟件設計

為了保持大棚內生態環境的穩定，我們要實三個部分的互相協作。具體過程如圖所示，初始化系統后，ZigBee協調器、路由器、終端節點通過c語言編程進行自組網，將傳感器嵌入ZigBee的終端節點，進行數據采集，將數據中心發來的數據進行更新，通過協調器顯示在PC機上，判斷數據是否正常，若正常進行復位，重新對數據進行采集，若數據不正常，發送指令到執行器，選擇卷膜機、水泵、微噴灌溉、電磁閥門、風機、繼電器并決定是否開啟。

4 結語

本設計只是從一般大棚管理最基本的需求出發提出了性價比比較高的一種系統設計方案，若對于大模規大棚的智能控制管理，則可以選用WiFi來進行信號的無線傳輸，還可加入視頻監控系統以及手機電腦等終端實時管理系統等。筆者相信，隨著科技的發展，未來的智能大棚管理一定會更高效、更智能、更科學。

參考文獻：

[1]楊穎紅，汪力純，毛增闖.基于Zigbee的智能大棚控制系統的研究[J].電子測試，2015（17）：1417.

[2]陳坤銘，亓相濤.基于ZigBee技術的智能農業大棚設計[J].電腦知識與技術，2017，13（21）：176178.

作者簡介：張聰（1998），男，漢族，河北滄州人，本科在讀，研究方向：物聯網技術。