摘要：文中基于Zigbee技術(shù)建立無線監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計實現(xiàn)了一種溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),，用于對溫室內(nèi)的溫度、濕度和光照強度的監(jiān)控,。闡述了監(jiān)控單元的系統(tǒng)架構(gòu),，重點探討了基于Zigbee技術(shù)的無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸控制協(xié)議實現(xiàn),、監(jiān)控主機應(yīng)用程序及接口等問題,。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低,、功耗小,，目前已經(jīng)初步形成產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：無線監(jiān)控系統(tǒng),；zigbee,；紅外；濕度,；步進電機

0 引言
    隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展,，精良化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的概念開始為大多人所接受，其中最有代表的就是溫室大棚技術(shù),，溫室大棚技術(shù)不但可以反季節(jié)生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品,，而且還具有高產(chǎn)出,、低蟲害、無污染等眾多優(yōu)點,。但大量引入溫室大棚的同時,，一系列的新問題也隨之而來，如：單靠人力無法完成溫室大棚內(nèi)的溫度,、光照及灌溉等如此繁重復(fù)雜監(jiān)控任務(wù)，因此國內(nèi)外興起了對溫室大棚設(shè)施的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究,，其中無線通信技術(shù)的快速發(fā)展也為便捷,、快速、遠程的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)提供了可能,。近年來在國內(nèi)外的市場上出現(xiàn)了眾多采用GPRS技術(shù)的溫室大棚監(jiān)控設(shè)備,，該技術(shù)和設(shè)備具有傳輸信息量大、可遠程操控及具有較高的可靠性,，但其設(shè)備造價和通信費都較高,，因而很難得到廣泛推廣。因此筆者開發(fā)了一種基于Zigbee技術(shù)的溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng),，該系統(tǒng)具有低功耗,、低成本、高可靠性,、低復(fù)雜度,、安裝維護簡單和擴展性強等優(yōu)點，為溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的推廣提供了一個不可多得的平臺,。

1 Zigbee無線通信技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    Zigbee是符合IEEE 802．15．4標準的新興無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議,，其發(fā)起組織Zigbee聯(lián)盟于2004年底發(fā)布了最早的1．0版本規(guī)范，之后相繼推出了Zigbee2006和Zigbee PRO兩個升級版本,。有關(guān)Zigbee的產(chǎn)品還大多處于研究階段,，但鑒于其眾多的優(yōu)點，相信不久,，基于Zigbee技術(shù)的產(chǎn)品將會得到迅速普及應(yīng)用,。
1．1 Zigbee技術(shù)的主要特點
    1)低功耗。在低耗電待機模式下,，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月,，甚至更長。
    2)低成本,。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍牙的1／10),，降低了對通信控制器的要求。
    3)低速率,。在2．4 GHz的工作頻率下可提供250 kbps的原始數(shù)據(jù)吞吐率,，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求,。
    4)近距離。相鄰節(jié)點之間傳輸范圍一般介于10～100 m之間,，在增加RF發(fā)射功率后,，亦可增加到1～3 km。
    5)短時延,。Zigbee的響應(yīng)速度較快,，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms,，進一步節(jié)省了電能,。
    6)高容量。Zigbee可采用星狀,、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，一個主節(jié)點可管理多達254個子節(jié)點。
    7)高安全,。Zigbee提供了三級安全模式,。
    8)免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段,。
1．2 Zigbee協(xié)議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    Zigbee協(xié)議的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

    本設(shè)計所采用的主控制器是由美國TI公司生產(chǎn)的CC2430無線單片機，該單片機承載了Zigbee技術(shù)的片上系統(tǒng)(SoC),，屬增強型的51單片機,，是高度整合了的系統(tǒng)級射頻收發(fā)器，其主要特點如下：
    1)芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了相關(guān)的RF電路,，因此外圍接口電路比較簡單,。
    2)該芯片為增強型8051微處理器，內(nèi)置看門狗,、AD轉(zhuǎn)換等模塊,，因此功能強大。
    3)該芯片價格低廉,，外圍電路簡單,，因此具有較低的開發(fā)成本。
2 系統(tǒng)硬件組成
    在本系統(tǒng)中,，根據(jù)功能硬件組成可分為傳感器終端設(shè)備和中央控制設(shè)備兩大部分,，終端設(shè)備實現(xiàn)對監(jiān)控點的數(shù)據(jù)采集和滴灌開關(guān)、遮光板角度調(diào)節(jié)步進電機,、日光燈和通風(fēng)設(shè)備控制,；中央控制設(shè)備則實現(xiàn)對各終端收集的數(shù)據(jù)進行處理比對和控制輸出。
2．1 傳感器終端
    傳感器終端設(shè)備由RF收發(fā)模塊,、傳感器模塊和執(zhí)行器驅(qū)動模塊組成,。其中執(zhí)行器驅(qū)動模塊主要是由繼電器電路組成,，而傳感器模塊由數(shù)字溫度傳感器DS18B20、數(shù)字濕度傳感器SHT21,、微型數(shù)字二氧化碳傳感器S-100及TSL230B光照強度／頻率傳感芯片組成,，而RF收發(fā)模塊使用的是TI公司提供的CC2430無線收發(fā)模塊，具體電路原理如圖2所示,。

2．2 中央控制
    中央控制設(shè)備由RF收發(fā)模塊,、顯示模塊和鍵盤輸入模塊三部分組成，其中RF收發(fā)模塊與終端設(shè)備硬件設(shè)計中的RF收發(fā)模塊一樣,，顯示模塊采用的是四組四位數(shù)碼管,，分別顯示溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度,、二氧化碳濃度及光照強度。其驅(qū)動電路如圖3所示,。

    鍵盤輸入模塊采用的是4x4的矩陣鍵盤,，該輸入模塊包含了數(shù)據(jù)輸入及功能設(shè)定按鈕，具體電路如圖4所示,。

3 系統(tǒng)軟件組成
3．1 傳感器終端軟件設(shè)計
    在本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中,，每個終端設(shè)備都具有一個固定地址，且該地址對應(yīng)溫室大棚中不同的區(qū)域,。該設(shè)備負責(zé)將本區(qū)域內(nèi)所測得的原始數(shù)據(jù)發(fā)送至中央控制設(shè)備,，并在接受來自中央控制設(shè)備的控制命令后，驅(qū)動相應(yīng)設(shè)備執(zhí)行該命令,，其工作流程如圖5所示,。

3．2 中央控制軟件設(shè)計
    中央控制設(shè)備負責(zé)搜集各個終端設(shè)備發(fā)送過來的溫度、濕度,、二氧化碳濃度和光照強度原始數(shù)據(jù),，經(jīng)和參考數(shù)據(jù)比對后，向該終端設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的操作命令,，并打印相應(yīng)的溫度,、濕度、二氧化碳濃度和光照強度數(shù)據(jù),，如圖6所示,。

4 結(jié)束語
    該監(jiān)控系統(tǒng)成功引入了Zigbee無線通信協(xié)議技術(shù)，且所設(shè)計的電路硬件模塊功能完整,、結(jié)構(gòu)簡單,，實現(xiàn)了低成本、低功耗,、高可靠性和高效益的目的,，因此可廣泛應(yīng)用于蔬菜,、水果及花卉栽培等溫室大棚中。