基于Zigbee技術的溫室大棚監控系統

　　近年來在國內外的市場上出現了眾多采用GPRS技術的溫室大棚監控設備，該技術和設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。因此筆者開發了一種基于Zigbee技術的溫室大棚監控系統，該系統具有低功耗、低成本、高可靠性、低復雜度、安裝維護簡單和擴展性強等優點，為溫室大棚監控系統的推廣提供了一個不可多得的平臺。

　　1 Zigbee無線通信技術系統結構

　　Zigbee是符合IEEE 802.15.4標準的新興無線網絡通信協議，其發起組織Zigbee聯盟于2004年底發布了最早的1.0版本規范，之后相繼推出了Zigbee2006和Zigbee PRO兩個升級版本。有關Zigbee的產品還大多處于研究階段，但鑒于其眾多的優點，相信不久，基于Zigbee技術的產品將會得到迅速普及應用。

　　1.1 Zigbee技術的主要特點

　　1)低功耗。在低耗電待機模式下，2節5號干電池可支持1個節點工作6～24個月，甚至更長。

　　2)低成本。通過大幅簡化協議(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的原始數據吞吐率，滿足低速率傳輸數據的應用需求。

　　4)近距離。相鄰節點之間傳輸范圍一般介于10～100 m之間，在增加RF發射功率后，亦可增加到1～3 km。

　　5)短時延。Zigbee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15 ms，節點連接進入網絡只需30 ms，進一步節省了電能。

　　6)高容量。Zigbee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，一個主節點可管理多達254個子節點。

　　7)高安全。Zigbee提供了三級安全模式。

　　8)免執照頻段。采用直接序列擴頻在工業科學醫療(ISM)頻段。

　　1.2 Zigbee協議的系統結構

　　Zigbee協議的系統結構如圖1所示。

　　本設計所采用的主控制器是由美國TI公司生產的CC2430無線單片機，該單片機承載了Zigbee技術的片上系統(SoC)，屬增強型的51單片機，是高度整合了的系統級射頻收發器，其主要特點如下：

　　1)芯片內部已經集成了相關的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，內置看門狗、AD轉換等模塊，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成本。

　　2 系統硬件組成

　　在本系統中，根據功能硬件組成可分為傳感器終端設備和中央控制設備兩大部分，終端設備實現對監控點的數據采集和滴灌開關、遮光板角度調節步進電機、日光燈和通風設備控制;中央控制設備則實現對各終端收集的數據進行處理比對和控制輸出。

　　2.1 傳感器終端

　　傳感器終端設備由RF收發模塊、傳感器模塊和執行器驅動模塊組成。其中執行器驅動模塊主要是由繼電器電路組成，而傳感器模塊由數字溫度傳感器DS18B20、數字濕度傳感器SHT21、微型數字二氧化碳傳感器S-100及TSL230B光照強度/頻率傳感芯片組成，而RF收發模塊使用的是TI公司提供的CC2430無線收發模塊，具體電路原理如圖2所示。

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