關(guān)鍵詞： ZigBee,；溫濕度；SHT11
近年來,，隨著溫室農(nóng)業(yè)的推廣與發(fā)展,，溫室大棚的種植為人們的生活帶來極大的便利。農(nóng)作物的生長(zhǎng)與大棚中的溫度,、濕度,、光照度等環(huán)境因子有很大的關(guān)系,。因此，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)溫室大棚的溫濕度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,。傳統(tǒng)的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)一般采用人工值守或有線采集方式,，人工方式加大了工作量而且監(jiān)測(cè)效率低[1-2]；有線數(shù)據(jù)采集存在著布線困難,、功耗大,、成本高等問題。
針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集傳輸過程中存在的問題和不足,，本文設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee技術(shù)的無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),。ZigBee技術(shù)是針對(duì)無線低速傳感器網(wǎng)絡(luò)而提出的，具有低成本,、低功耗,、低復(fù)雜度、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多,、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)[3],，不僅能夠滿足大片溫室大棚內(nèi)溫濕度的測(cè)量，而且還能滿足低成本設(shè)備的要求,。
1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案
整個(gè)無線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。系統(tǒng)由上位機(jī)（PC）監(jiān)控端和下位機(jī)ZigBee網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。
下位機(jī)ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集溫室大棚內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù),，上位機(jī)負(fù)責(zé)顯示溫濕度數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,。
下位機(jī)ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由溫濕度傳感器模塊、路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊組成,。溫濕度傳感器模塊主要負(fù)責(zé)采集,、存儲(chǔ)和上傳溫濕度信息[4],。路由器模塊主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)溫濕度信息,。協(xié)調(diào)器模塊主要完成溫濕度數(shù)據(jù)的匯聚。下位機(jī)ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和上位機(jī)之間通過RS-232串口進(jìn)行通信,。當(dāng)監(jiān)測(cè)大棚溫濕度信息時(shí),，首先通過上位機(jī)端監(jiān)控軟件設(shè)置好波特率和串口號(hào)等參數(shù)，然后協(xié)調(diào)器開始組建ZigBee網(wǎng)絡(luò),，這時(shí)路由器節(jié)點(diǎn)和溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)開始加入ZigBee網(wǎng)絡(luò),。分布在各個(gè)大棚內(nèi)的溫濕度傳感模塊開始采集溫濕度信息，并存儲(chǔ)在Flash中,，通過單跳或者多跳的方式發(fā)送到上位機(jī),，上位機(jī)監(jiān)控端接收到溫濕度信息后，把各個(gè)大棚內(nèi)的溫濕度信息顯示出來,。當(dāng)溫濕度信息異常時(shí),，在監(jiān)控端會(huì)有異常提示，以便及時(shí)處理。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 溫濕度傳感器模塊
傳感器采用Sensirion溫濕度傳感器家族中的SHT11傳感器,，它是一款超低功耗的高精度溫濕度傳感器,，它的溫度采集精度可達(dá)0.4℃，濕度采集精度可達(dá)3%RH,；溫度測(cè)量范圍為-40℃~123.8℃,，濕度測(cè)量范圍為0%RH~100%RH；可采用的電壓范圍為2.4 V~5.5 V,；能耗僅為1 μW~30 μW[5],。
CC2530與SHT11硬件連接圖如圖2所示。SHT11共有8個(gè)引腳,，GND,、DATA、SCK,、VDD,，其余4個(gè)引腳閑置。為避免信號(hào)發(fā)生沖突,，在DATA與VDD之間接一個(gè)上拉電阻,。在VDD與GND之間加入一個(gè)電容，用以去耦濾波,。SHT11應(yīng)用串行通信直接將數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī),，用CC2530的通用I/O口P0的P0_1/P0_0分別與SHT11的串行時(shí)鐘線SCK和串行數(shù)據(jù)線DATA相連接，用于實(shí)現(xiàn)通信同步以及數(shù)據(jù)傳輸[6],。該設(shè)計(jì)既簡(jiǎn)化了傳感器與單片機(jī)之間的接口,，又提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2.2 路由器和協(xié)調(diào)器模塊的硬件設(shè)計(jì)
路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊在硬件結(jié)構(gòu)上是一樣的,，它們不參與溫濕度信息的采集,。協(xié)調(diào)器通過RS-232串口和上位機(jī)相連。路由器之所以設(shè)計(jì)RS-232接口,，是因?yàn)楫?dāng)協(xié)調(diào)器發(fā)生意外損壞的情況時(shí),，可以直接用路由器模塊來替代協(xié)調(diào)器。路由器和協(xié)調(diào)器的硬件框圖如圖3所示,。
4 溫濕度傳感模塊能耗檢測(cè)
測(cè)試連接框圖如圖7所示,。其中電池組采用兩節(jié)1.5 V干電池串聯(lián)的方式。測(cè)試前首先給協(xié)調(diào)器模塊和溫濕度傳感器模塊上電,，等系統(tǒng)正常工作后,，用示波器測(cè)量電阻兩端的電壓。利用測(cè)得的電壓值和電阻值計(jì)算得到平均功耗,。
通過對(duì)設(shè)計(jì)的基于ZigBee技術(shù)的無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行測(cè)試,，結(jié)果表明本系統(tǒng)的濕度誤差可以控制在3%RH以內(nèi),，溫度誤差可以控制在0.4 ℃以內(nèi)，充分說明基于ZigBee技術(shù)的無線溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的溫濕度誤差大小符合要求,。通過對(duì)SHT11傳感器模塊的能耗測(cè)試計(jì)算,，兩節(jié)1.5 V的干電池可以提供一個(gè)SHT11模塊正常工作200天以上，說明了該系統(tǒng)具有低功耗的特點(diǎn),，并且可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)工作,。
參考文獻(xiàn)
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