基于ZigBee的智能大棚控制系统设计

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基于ZigBee的智能大棚控制系统设计

欧瑞丰 赵娟

（荆楚理工学院电子信息工程学院 湖北荆门 448000）

摘　要：继互联网产业革命之后又一大产业革命即将到来，物联网产业的势头已势不可挡。在过去的几十年互联网将人和人连接

起来，实现了人和人之间“零距离”交流，把世界连成一个整体。而现在，物联网将会实现人与物、物与物之间的“联系”与“交流”，将会带来自动化和智能化的时代。现今各行各业都面临着物联网带来的产业革命，繁琐复杂的人工操作将会逐渐被智能化和自动化所替代。本文针对传统大棚管理繁琐，高人力成本，低生产效率等一系列问题，设计了一种基于ZigBee的智能大棚控制系统，从而更准确及时，低耗高效的完成大棚管理任务。本设计主要实现对大棚内各项生态指标数据采集，及时反馈给控制中心进行数据对比，判断是否启用执行系统来改变棚内环境使之处在正常范围之内。关键词：智能大棚 无线通信技术 物联网 CC2530中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)02(c)-0010-02

我国是人口大国，随着人们生活水平的提高，对水果蔬菜的需求量也愈来愈大。通过人为控制棚内生态环境指标可以让果蔬的生长不在受季节和自然灾害的影响，从而使产量和质量都能得到很大程度的提高，满足人们不同时节的需求。但采用人工成本高，且环境调控也不及时、准确，一个小失误都可能造成大损失。故设计了智能控制系统，解放人工，精确高效地完成管理任务。在大棚内装有空气、温度、湿度、光照等数据采集装置，以CC2530为主的控制中心和相应的控制系统。各部分采用ZigBee进行通讯、ZigBee相对于WiFi来说功耗低，成本低、安全性高。

量程0～20万lx,光谱范围400～700nm其能将光照强度

值转化为电压值，再经调理电路将此电压值转换为0～2V或4～20mA，具有体积、耐腐蚀、高精度和高响应速度等优点。2.2 控制中心

该部分由CC2530和LCD显示屏以及按键构成，LCD主要显示棚内各项数据以及所设置的标准数据。按键可设置棚内标准数据值，以适用于各种果蔬品种不同阶段的生长环境需求。CC2530是用于2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee以及RF4CE应用的一个真正的片上系统解决方案，成本低，功能强。2.3 执行系统

该部分由各种执行器组成。接收控制中心发出的指令，通过执行电机和电磁阀来开启或关闭各种执行装置来调节棚内生态环境以达到正常指标。电磁阀选用常闭式电磁阀，当电磁阀线圈通电时，电磁铁芯吸合，卸压孔打开，电磁阀主活塞由介质压力推动，打开主阀口，介质流通。当电磁阀线圈断电时，电磁阀主阀口关闭，介质截止。

1 系统总体方案设计

本设计包括数据采集装置、控制中心和执行系统3个

部分组成如图1所示。其中数据采集装置包括CO2传感器、温度传感器、湿度传感器和光照传感器等部分。控制中心由CC2530和LCD显示器以及按键组成。执行系统则是由透气窗、加热器、喷水装置和照明系统组成。数据采集装置中的各传感器将所采集到的各类数据通过A/D转换器转换成数字信号传送到控制中心，然后控制中心通过数据处理和数据对比来判断是否启用执行系统通过开关透气窗、开关加热器、开关喷水装置和照明系统来让棚内环境达到正常。

2 系统的硬件设计

2.1 数据采集装置

该部分主要由各种传感器和A/D转换器组成。CO2

传感器选用S-100 CO2传感器，它是世界上最小、最轻的NDIR技术CO2传感器，使用寿命可达10年以上，易于安装拆卸，可广泛用于多种场合。其测量范围为0～5000ppm，精度±30ppm±5%，工作电压为5V，消耗电流25mA/h。温湿度传感器选择由Sensirion公司生产的具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，用来测量相对温度和湿度，具有高精确和高灵敏度等优点。光照传感器采用HA2003光照传感器，工作电压5～24V，10

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图1 软件流程图

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3 系统的软件设计

该设计的软件系统要实现三大模块的相互协作，以达到控制大棚内生态环境稳定的目的。如图1所示，首先初始化系统，然后利用ZigBee实现三大模块的连接，连接完成之后就等待数据采集中心发来数据。数据采集中心通过A/D转换器将各传感器采集到的模拟信号转换成数字信号，并通过ZigBee发送到控制中心，控制中心接收到数据后先更新系统数据并将其显示于LCD上，然后判断该数据是否在正常范围内，如果是则返回继续等待新数据，如果否则通过ZigBee发送相关指令到执行系统，如果执行系统收到开启指令则判断该指令对应的执行器是否已开启，如果已开启则不执行该操作，如果未开启则改变该执行器工作状态。如果执行系统收到关闭指令则判断该指令对应的执行器是否已开启，如果已开启则改变该执行器工作状态，如果未开启则不执行该操作。

2018 NO.06SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯置和各项环境数据的实时显示，保证不同果蔬和不同生长阶段对各项生态指标的不同需求。本设计只是从一般大棚管理最基本的需求出发提出了性价比比较高的一种系统设计方案，若对于大模规大棚的智能控制管理，则可以选用WiFi来进行信号的无线传输，还可加入视频监控系统以及手机电脑等终端实时管理系统等。笔者相信，随着科技的发展，未来的智能大棚管理一定会更高效、更智能、更科学。

参考文献

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的是RS232 串口通讯技术。综上，基于RFID的物流信息系统的软件如图1所示。

4 结语

本设计通过ZigBee无线组网技术实现智能大棚控制系统数据采集装置、控制中心和执行系统之间的通讯，确保了信息传递和指令下达的及时性和准确性，能够及时高效地维持大棚内各项生态指标处于稳定状态。另外，本设计还设置了按键和LCD显示屏来实现对棚内标准生态指标的设(上接9页)

4 结语

综上所述，现阶段在物流行业发展中存在一个比较严重的问题，就是在物流实际运送的过程中物流信息不对称、或者是物流信息不及时，从而影响物流供应链管理水平。射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是一种先进的通信是技术，在信息收集以及信息传输上具有很大的优势。本研究分析了基于RFID的物流信息管理系统构建，首先对物流信息管理系统的设计目标以及设计要求进行了详细的说明，然后介绍了物流信息识别技术与采集技术，最后从4个方面重点研究了基于RFID的物流信息管理系统构建，希望通过以上研究分析能够提升物流信息管理水平，促进物流行业的发展和进步。

图1 基于RFID的物流信息系统软件

与物质之间的交互，逐渐形成物流网。(3)信息分发与采集

模块，在这个模块之中应用RFID进行物流信息的采集以及处理，这样不仅能够给提升物流信息处理的效率，还能够在一定程度上降低物流信息共享的成本，从而在最大程度上提升物流链的管理效率。(4)资源管理模块。这个模块主要是应用是RFID采集模块并且结合GPS定位系统，为物流信息观者的资源调度决策提供有效的信息。(5)成本控制模块，这个模块主要是对物流成本进行控制，主要是结合相关物流信息对物流成本进行预测、分析以及反馈，最终达到物流企业预期的成本预期，以此提升物流企业的经济效益。3.3 基于RFID的物流信息系统的软件设计

基于RFID的物流信息系统在服务开发过程中，服务器的架构采用的是分层式架构。另外，服务器与数据传输机之间的通讯采用通信协议是TCP协议以及IP协议。基于RFID的物流信息系统中信息融合机之间的通讯技术采用

参考文献

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