一种基于无线网络的智能温室群监控系统设计

梁丽

（陕西财经职业技术学院 陕西 咸阳 712000）

随着我国经济的增长和科技水平的提高，智能化、网络化成为未来我国发展的一个重要的趋势。同时随着我国人口的不断增长，温室农作物栽培成为当前农业发展的重点。根据农业部门的统计显示，我国温室栽培面积已经达到210万hm2，成为国际上农业发展的一支重要的力量。但是，随着温室规模的不断扩大，如何对温室规模群实现整体监控，成为当前智能化发展需要思考的重要的趋势，对此本文提出一种基于无线网络的温室监控系统，并对系统设计进行了详细的研究。

1 系统整体架构搭建

与传统的温室温度监控系统相比，温室群环境监控则是在传统温室监控监控的基础上，通过采用服务集群的方式，对现场的不同温室环境进行监控，从而使得农业企业通过该系统对处在全国各地的温室进行监控，以此实现对现代农业的管理。对此，根据该原理，本文将该系统整体架构设计为如图1所示。

图1 系统整体架构布局Fig.1 The overall architecture of system layout

通过图1可以看出，对系统的底层其通信协议采用无线网络ZigBee协议，在每个不同的节点搭载着不同类型的环境监控传感器，从而将温室环境监控信息上传到温室群当中的ZigBee协调器节点。这些协调器的节点在接收到相关的数据之后，经过其中的RS232-RJ45通信协议，最终将数据格式转换为RJ45的格式，则将数据上传到系统的路由器当中。同时在温室当中布局视频节点，通过其中的IEEE 802.11协议，也将视频采集到的数据上传到路由器当中。最后通过上述步骤将数据共享到现场的服务器当中。而现场的服务器则通过对数据的汇总，并通过网络交换机的方式与总的服务器进行处理。用户终端系统通过网络界面即可实现对下属的任何一个温室环境进行查看、分析和整理，并根据温室温度的情况，实现对温室温度的控制。

2 系统硬件设计

2.1 传感器节点控制模块设计

为更好的做好对温室温度的监控，本文将传感器节点搭载相应的传感器和继电器，从而通过该系统中传感器对其中的温度、光照度等相关数据的采集，并可通过继电器实现对温室控制风机的运转，以此最后实现对整个温室当中温度方面的监控和控制。而在该系统中空气的温湿度传感器本文则选择有欧洲Sensirion公司所生产的数字湿度传感器，该类传感器的湿度值的输出分辨率则为12位、该传感器的电源电压范围保持在 2.4～5.5 V的范围之内，对其进行测量是其消耗的电流大约在 550 μA，平均能耗为28 μA。该传感器采集湿度的精度与传统的相比，其精度要高，在±2%左右。同时可根据对数据采集的需要，对传感器采集时间进行设计，从而使得对数据的采集在需要的时候定时采集，而在不需要的时候则可以将其关闭，节约系统的能耗。

另外，在本系统当中，对光照传感器的选择为由西门子公司的硅光电池型号，该类传感器对波长在400～1100 nm，而该类波长正好为农作物吸收的波长，以此更好的可以对农作物的光照进行监控。该传感器其光敏探头的输出电压通常保持在 10～1 100 mV，通过系统当中的运放器可见将其放大的原来的3倍，从而可以给通信模块提供到30～3 300 mV的采样的电压。

而其中的继电器的控制，通过上机位下达的命令，由PCA9554驱动I/O功能接口，实现对风机电压开关的控制，以此驱动风机的运转和停止。

2.2 通信模块设计

针对硬件系统的设计，本文采用由TI公司生产的CC2430芯片，该芯片是以CMOS作为解决方案，可有效的提高系统性能，并满足 ZigBee为基础的波段，同时对该无线网络的协议栈选择ZigBee2006协议，其具体的硬件原理图如图2所示。

图2 无线模块原理图设计Fig.2 Schematic Design of wireless module

2.3 系统电源设计

对电源的设计，本文采用由美国TI公司所生产的和型号，上述型号其标准电压分别为3.3 V、5.0 V。通过出常规电池供电的方式以外，还可通过USB接口的方式实现对系统的供电。

3 系统软件设计

3.1 系统软甲功能平台设计

为更好的提供对温室环境的监控，本文对后台软件平台的设计全部采用模块化的设计思想，并预留系统功能接口。对此，文中将该软件平台设计为如图3所示。

对该平台的开发分为两个部分，一部分为前台开发，这部分通过VS2012开发工具，并以ASP作为开发语言，对前天进行开发；后台部分的开发采用采用PBuilder进行开发。对整体系统数据库采用Oracle9i，系统服务器采用Tomcat6.0。

3.2 协议栈软件设计

对该部分软件的开发，则采用IAR7.30B、串口调试工具、硬件驱动程序、数据分析仪等。对系统软件的开发时基于TI公司所提供的一个免费的ZigBee2006协议栈所进行的。并以其中的ZStack-1.4.3-1.2.1版本当中的GenericApp作为基础。该例程在功能方面比较齐全，并可在ZStack实现对数据的传输。

图3 上位机软件功能设计Fig.3 PC software function design

而无线通信模块则通过其中的串口实现对数据的采集及其控制，对此，需要对串口的数据收发功能和传输功能进行设计。其具体的步骤为首先在ZStack的程序当中潜入一个实时的操作系统，并通过统一组网的方式，对无线网络中的每个节点的加入、收发等进行控制。对此，要完成其中的任务，则需要采用统一的处理函数对其中的事件的处理进行实现。在进入到该事件的处理函数后，根据其中的event判定其中任务的发生，其具体的处理流程则如图4所示。

图4 任务处理部分流程Fig.4 Task processing parts of the process

如在通过无线发送的时候，则应用层会直接发送一个GEN ERICA PPSENDM SCEV T事件，其具体的串口程序为：

4 结束语

通过上述对该温控系统的设计，从而得到该无线传送系统在20 m的范围之内可实现有效的数据传输，并通过其数据丢包率在0.5%以内。而在35 m的范围之内其丢包的范围更大，由此使得该系统可广泛的应用在农业温室监控之中，并满足农业工程的需要。

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