摘 要： 根据现代农业种植智能化的需要，设计一种基于ZigBee技术的蔬菜大棚环境监控系统。通过对传感器节点、协调器节点、路由器节点和终端控制器的硬件和软件设计，结合ZigBee传感技术实现了对棚内空气土壤温湿度、CO2浓度和光照强度等参数的无线监测和控制。该系统很好地解决了传统蔬菜大棚管理中布线难、节点移动性差和系统可扩展性差等问题，满足了蔬菜大棚中环境参数自动监测的需要，具有很强的应用推广价值。
关键词： 蔬菜大棚； 环境监控； ZigBee； 无线监测
0 引 言
1 系统总体结构设计
系统主要包括3个模块：信息采控模块、数据传输模块和控制终端模块。采用主从式无线监控原理，在棚内布置多个监测节点，实时采集环境参数，并将采集到的数据传递给分节点，由分节点进行记录显示并通过ZigBee无线网络传到大棚主节点[6]，经过数据对比分析后发送给控制终端模块。
其中，信息采控模块由传感器和微处理器组成，通过无线传感网进行采集信息的上传和控制指令的下达，传感器节点负责对棚内土壤和空气的温湿度、光照强度、CO2浓度等数据进行采集，微处理器负责执行控制指令对卷帘电机、浇灌设备、通风设备和照明设备等调控设施控制阀门进行相应启动。数据传输模块包括无线传感网络、路由器节点和协调器节点[7]。控制终端模块包括PC控制终端和嵌入式手持监测终端。监控系统硬件结构如图1所示。
基于高性价比原则，无线传输采用Chipcon公司的CC2430的32 kB版本的ZigBee模块，该模块低功耗、低成本、处理速度快，内部具有工作电压监测和温度感知功能，适用于多种开发平台[8?9]。
2 系统硬件设计
2.1 无线传感网络节点硬件设计
无线传感网络节点包括负责信息采集、测量环境参数和无线发送的终端节点；负责转发网络信息、完成信息传输的路由器节点；负责收集信息、传送信息、控制网络的协调器节点。
终端节点设计如图2所示，其中传感器模块由包括温度、湿度、光照、CO2传感器构成的一组传感器和驱动电路组成。只需在 CC2430 微处理器的 32（RF_P）管脚和34（RF_N）管脚接震荡电路即可实现信息的无线收发[15]。
路由器节点设计如图3所示，其硬件结构与终端节点相似，不同之处在于，为了实现路由转发功能，其加入了路由表功能程序。
2.2 监测终端硬件设计
3 系统软件设计
3.1 网络节点设备软件设计
网络节点的设计主要包括终端节点、路由器节点和协调器节点。终端节点的工作流程主要为打开电源初始化硬件设备、搜索网络、请求加入网络、加入网络和上传信息至网络；协调器节点的工作流程主要为初始化硬件、新建网络、允许设备绑定和数据上传，路由器节点的工作流程主要为接收协调器指令、连接终端节点、上传数据、发送采集数据至协调器节点。 3.2 传感器节点软件设计
温度传感器与微处理器间是串行通行方式，为了确保正确读取数据，其代码编写通常采用C语言和汇编相结合的方式进行，主要的控制命令为温度转换、读暂存器、写暂存器和复制暂存器[16]。
传感器节点的代码设计为：启动温度传感器，写入命令数据44H，开始温度数据的输出；读暂存器9位二进制数据，通过写入数据 BEH 到读暂存器来实现；寄存器TH、TL 写入一个寄存器中的数据4EH；CPU获得供电信号，设置电源的工作方式。
3.3 监测终端程序设计
这里重点对嵌入式无线手持终端的按键程序、显示程序和通信程序设计进行介绍。
按键程序主要实现主控制器 LPC2103 对复位、选择、确认3个功能按键的识别和对应函数的设计。
显示程序的代码设计为：读取 DB7 数据端的高低电平状态，测试数据线是否处于忙状态；设置输入数据类型；设置液晶屏的引脚 EN选择端口的使能状态；关闭使能端。核心代码如下：
4 温度控制算法设计
现代农业种植中，为增产高效，蔬菜大棚的面积日渐增大。对棚内温度的控制主要通过分布在不同位置的各个卷帘设备实现，所以卷帘的控制策略将直接影响到棚内温度的调控。为确保棚内温度均匀分布，设计一套温度控制算法很有必要。设将大棚分为16个区域，每个区域对应一个温度值，温度分布区域如图7所示。
5 结 语
参考文献
[2] 蔡镔，马玉芳，邱秀荣，等.面向智能农业的物联网应用研究[J].现代农业科技，2013（14）：337?338.
[5] 高翔，齐新丹，李骅.我国设施农业的现状与发展对策分析[J].安徽农业科学，2007，35（11）：3453?3454.
[6] 马玉泉，卢卫娜，蔺志鹏.主从分布式温室环境参数测控系统[J].农机化研究，2011（3）：84?86.
[8] 李文仲，段朝玉.ZigBee 2006无线网络与无线定位实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
[9] 翟雷，刘盛德，胡咸斌.ZigBee 技术及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
