[發(fā)明專利]一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410512897.6
• 申請(qǐng)日: 2014-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN105527933A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張學(xué)一;安怡孫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張學(xué)一
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于現(xiàn)代溫室領(lǐng)域，具體地是一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)代溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)車間，環(huán)境監(jiān)測(cè)在溫室生產(chǎn)中具有極其重要的地位，溫室環(huán)境信息的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)自動(dòng)化、高效化最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。其主要作用是及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)、反饋現(xiàn)場(chǎng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境狀況，從而指導(dǎo)用戶依據(jù)作物生長(zhǎng)的要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證合理的溫室環(huán)境，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)溫室農(nóng)業(yè)的智能化。

目前，傳統(tǒng)方式下，大部分溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用有線通訊布網(wǎng)方式和人工測(cè)量的方法，溫室普遍布線困難、組網(wǎng)復(fù)雜、測(cè)量誤差大、作業(yè)效率低，使用的線纜成本很高且對(duì)電力電纜的依賴性很強(qiáng)，不利于設(shè)備安裝與拆移升級(jí);且系統(tǒng)不易維護(hù)、功耗較大面積、遠(yuǎn)距離場(chǎng)合難以實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是針對(duì)上述問題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；本發(fā)明具有低功耗、低成本、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性強(qiáng)及界面友好等特點(diǎn)，并可進(jìn)一步用作后期溫室作業(yè)及環(huán)境控制依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

本發(fā)明一種基于ZigBee的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中包括電源模塊、終端傳感節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是：終端傳感器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)布置到監(jiān)測(cè)溫室現(xiàn)場(chǎng)，然后通過USB連接中心節(jié)點(diǎn)與上位PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)間的通信。

本發(fā)明采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)，所述下位機(jī)部分結(jié)構(gòu)包括電源模塊、終端傳感節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)；所述上位機(jī)軟件部分采用基于LabVIEW軟件來編寫上位機(jī)程序，采集到的數(shù)據(jù)通過USB上傳至上位PC機(jī)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電源模塊采用3.3V鋰電池供電，輸出供電電壓1.8~3.6V給CC2520芯片和MSP430單片機(jī)、輸出供電電壓3.3V給溫濕度傳感器SHT11芯片和C20芯片、輸出供電電壓3.3V~3.5V給土壤傳感器；所述電源模塊采用外部12V線性電源供電給中心節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)；本發(fā)明采用電源模塊化管理以便實(shí)現(xiàn)真正的低功耗設(shè)計(jì)。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述終端傳感器節(jié)點(diǎn)部分采用超低功耗MSP430單片機(jī)采集多環(huán)境參數(shù)與CC2520芯片數(shù)據(jù)始發(fā)的分工處理并相互通信；有效地解決了單芯片工作易發(fā)熱、高能耗、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問題。

進(jìn)一步地，所述終端傳感器節(jié)點(diǎn)包括MSP430單片機(jī)、信號(hào)調(diào)理電路，所述MSP430單片機(jī)外部接有報(bào)警裝置、LCD顯示模塊和ZigBee無線通信模塊CC2520；所述信號(hào)調(diào)理電路外部連接有光照強(qiáng)度傳感器TSL2561、溫濕度傳感器SHT11芯片、紅外氣體傳感器C20、土壤濕度傳感器。

進(jìn)一步地，所述光照強(qiáng)度傳感器采用TSL2561T芯片，它是一種高速、低功耗可編程內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的芯片，抗干擾能力比同類芯片強(qiáng)。

另外，本發(fā)明所述終端傳感節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)；所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)采用自由ZigBee技術(shù)，結(jié)構(gòu)包括ZigBee無線通信模塊CC2520、按需分配路由節(jié)點(diǎn)、ZigBee無線通信模塊中心節(jié)點(diǎn)，通過USB連接的上位PC機(jī)。

本發(fā)明的有益效果是。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新型的低功耗無線溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，首先利用終端傳感節(jié)點(diǎn)對(duì)溫室環(huán)境多參數(shù)進(jìn)行采集，然后基于ZigBee技術(shù)構(gòu)建的無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)采集信息的單跳或多跳方式結(jié)合傳輸，最后由USB實(shí)現(xiàn)與LabVIEW編寫的上位機(jī)軟件的通信，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其上位機(jī)界面友好，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)溫室多環(huán)境參數(shù)：

（1）低功耗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，主要體現(xiàn)在低功耗硬件設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)切換休眠并延長(zhǎng)休眠時(shí)間，改進(jìn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)函數(shù)；

（2）終端傳感節(jié)點(diǎn)部分采用超低功耗MSP430單片機(jī)采集多環(huán)境參數(shù)與CC2520芯片數(shù)據(jù)始發(fā)的分工處理并相互通信，有效地解決了單芯片工作易發(fā)熱、高能耗、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問題，現(xiàn)場(chǎng)布置顯示器和報(bào)警裝置，以便現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫室環(huán)境變化；

（3）利用ZigBee技術(shù)建立的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，協(xié)議簡(jiǎn)單、自組織、體積小、節(jié)點(diǎn)功耗低、成本低、傳輸速率穩(wěn)定，非常適用于溫室無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組網(wǎng)協(xié)議，通過合理的路由節(jié)點(diǎn)設(shè)置，采用小范圍近距離星型和較遠(yuǎn)距離大范圍樹形的混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，滿足較大面積、較遠(yuǎn)距離的環(huán)境監(jiān)測(cè)，且依據(jù)后臺(tái)服務(wù)器設(shè)置數(shù)據(jù)共享化；