温室植物生长土壤参数监控系统终端设计(附件)
随着互联网技术的快速发展和农业的现代化，构建“互联网+”智慧农业模型越来越成为趋势。对于植物生长所依赖的土壤参数的监测，要求的及时性、精确性越来越高，面临着越来越多的挑战。基于ZigBee技术的温室植物生长土壤参数监控系统在实现土壤参数监测的基础上，具有成本低，线路简单等优点，有利于实现农业现代化。本文设计的终端系统是以CC2530芯片为核心的土壤参数采集系统，包括土壤温湿度采集模块、数据处理模块、ZigBee无线通信模块和电源模块等。由传感器测得当前土壤温湿度，通过ZigBee网络将数据传给协调器节点，实现实时的监测。在集成开发环境IAR下完成了终端节点的程序编写。关键词“互联网+”，温室，ZigBee，温湿度
目 录
1 绪论 2
1.1 课题研究背景 2
1.2 国内外研究与发展现状 2
1.3 本课题设计的关键技术 4
2 课题总体设计 6
2.1 系统需求及功能 6
2.2 系统模块结构 7
2.3 ZigBee网络结构简介 8
3 硬件设计 9
3.1 CC2530概述 9
3.2 终端节点硬件设计 12
3.3 协调器节点设计 15
4 系统软件设计 15
4.1 传输网程序设计 15
4.2 传感器终端模块设计 17
5 系统调试 19
5.1 软件简介 19
5.2 协调器节点调试 22
5.3 终端节点调试 24
6 设计中遇到的问题及解决方法 25
结 论 27
致谢 28
参考文献 29
附录 30
附录A 30
附录B 31
1 绪论
1.1 课题研究背景
温室能够改变花卉、蔬菜和其他作物的生长环境，以避免外部环境和天气的变化[1]。农作物的生长所需要的温度、湿度、光照和土壤等环境因素对植物的生长有着很重要的作用，在科技发展迅速的今天，这些环境因素可以通过互联网技术对其进行监测，并 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
且可以通过监测到的数据进行进一步的控制[2]。许多传统的温室环境监测系统需要复杂的布线才能在工作区域准确地完成采集，该方法施工难度大、线路易老化、可靠性低，当因生产需要改变温室结构时就需要更改之前的布线，不能适应“互联网+”现代农业行动计划的实施需要[3]。
近年来，短距离无线传感技术成为人们研究的热点，慢慢被引入到环境监测系统中。由传感器节点构成的无线传感网络，传输数据的方式是无线传输 [4]，各个传感器节点采集到环境参数，然后发送给远程用户。使用无线传感器网络技术的环境监测系统可以更加智能化和有效地监测环境信息。在将来，这种技术将会被大力运用于环境监测系统中去 [5]。
ZigBee技术是一种近距离无线通信技术，它具有功耗低、成本低和易于应用等优点，使用ZigBee技术可以实现无人看守并且可靠性很高，它很适合于不方便现场布线、不方便经常更换电池的温室环境监测系统。
1.2 国内外研究与发展现状
1.2.1 国外研究现状
在农业生产领域，一些发达国家的农业发展水平都很高，他们在种植粮食和环境监测等方面基本实现自动化，并且生产效率都相对较高。2007年，在美国有一家公司就可以进行农作物生长环境的自动监测，并且该技术是基于无线网络传输数据的，它不仅可以进行环境的监控，还能根据监测的数据进行自动浇水以及报警 [6]。2008年，法国研发了一套较完整的农业环境的监测体系，以指导农业的生产，如灌溉、施肥、农药施用和收获。同时，泰国在水产养殖方面也渐渐可以利用物联网技术来进行生产，突破了RFID难以在水产品养殖方面发挥作用的难关 [7]。在荷兰，他们从80年代以来都致力于温室计算机自动化系统的开发。现在，他们开发出的计算机自动化系统可以在计算机上显示测量的环境参数，并且可以设置参数的范围，当测量到的参数值超过设定的范围是就进行报警。该系统还可以将数据存储在数据库中，当需要查看之前测量的数据是可以直接调取数据库中存储的参数。并且系统可以通过计算机串口进行数据反馈操作，其中上位机软件可以设置参数，显示当前的参数值，同时还能够根据当前测量的参数进行浇灌或是调节温度等的控制和管理。
1.2.3 国内研究现状
我国是一个农业大国，为了防止因为环境问题农作物遭到破坏，我们的祖先早在2000多年前就意识到这一点，并且对农作物进行简单的保护 [8]。近代以来，我国经济发展水平有了很大的提高，农业发展也开始有了很大程度的提升。然后我国开始进行温室技术的研发，我国的温室发展从最开始的日光型温室到玻璃温室再到现在的各种智能化的温室，发展水平不断提高，但是因为不同地区的环境不同，所需要的温室类型也略有不同，并且各地的经济发展水平不一，所以很多地区的温室还并未实现现代化 [89]。
为了实现农业现代化，九十年代以来，我国开始进行各种温室的项目，来研究现代化温室所需的技术，并且引进并学习国外的先进技术，进行了各种研究和开发，使我国的温室农业有了很大程度水平的提升 [9]。在2011年，中国科学院与沈阳军区一起研究出来了一个农田管理系统，该系统已经可以实现农作物生长所需的大部分环境参数的测量，如土壤的墒情，温度湿度养料等，并且反馈后进行土壤浇水施肥等操作，并且可以监控农作物的生长状况，基本实现了一套完整的自动化操作，即可以对农田的生产进行精准化管理 [10]。通过运用GNSS、GIS、GPRS等技术，国家农业信息化工程技术研究中心研发出了农业机械远程监控调度系统，该系统可以根据监控的当前状况对要作业的机械进行合理的调度，根据需求合理的分配农业机械资源，避免出现扎堆或是机械不够的情况 [11]。
目 录
1 绪论 2
1.1 课题研究背景 2
1.2 国内外研究与发展现状 2
1.3 本课题设计的关键技术 4
2 课题总体设计 6
2.1 系统需求及功能 6
2.2 系统模块结构 7
2.3 ZigBee网络结构简介 8
3 硬件设计 9
3.1 CC2530概述 9
3.2 终端节点硬件设计 12
3.3 协调器节点设计 15
4 系统软件设计 15
4.1 传输网程序设计 15
4.2 传感器终端模块设计 17
5 系统调试 19
5.1 软件简介 19
5.2 协调器节点调试 22
5.3 终端节点调试 24
6 设计中遇到的问题及解决方法 25
结 论 27
致谢 28
参考文献 29
附录 30
附录A 30
附录B 31
1 绪论
1.1 课题研究背景
温室能够改变花卉、蔬菜和其他作物的生长环境，以避免外部环境和天气的变化[1]。农作物的生长所需要的温度、湿度、光照和土壤等环境因素对植物的生长有着很重要的作用，在科技发展迅速的今天，这些环境因素可以通过互联网技术对其进行监测，并 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
且可以通过监测到的数据进行进一步的控制[2]。许多传统的温室环境监测系统需要复杂的布线才能在工作区域准确地完成采集，该方法施工难度大、线路易老化、可靠性低，当因生产需要改变温室结构时就需要更改之前的布线，不能适应“互联网+”现代农业行动计划的实施需要[3]。
近年来，短距离无线传感技术成为人们研究的热点，慢慢被引入到环境监测系统中。由传感器节点构成的无线传感网络，传输数据的方式是无线传输 [4]，各个传感器节点采集到环境参数，然后发送给远程用户。使用无线传感器网络技术的环境监测系统可以更加智能化和有效地监测环境信息。在将来，这种技术将会被大力运用于环境监测系统中去 [5]。
ZigBee技术是一种近距离无线通信技术，它具有功耗低、成本低和易于应用等优点，使用ZigBee技术可以实现无人看守并且可靠性很高，它很适合于不方便现场布线、不方便经常更换电池的温室环境监测系统。
1.2 国内外研究与发展现状
1.2.1 国外研究现状
在农业生产领域，一些发达国家的农业发展水平都很高，他们在种植粮食和环境监测等方面基本实现自动化，并且生产效率都相对较高。2007年，在美国有一家公司就可以进行农作物生长环境的自动监测，并且该技术是基于无线网络传输数据的，它不仅可以进行环境的监控，还能根据监测的数据进行自动浇水以及报警 [6]。2008年，法国研发了一套较完整的农业环境的监测体系，以指导农业的生产，如灌溉、施肥、农药施用和收获。同时，泰国在水产养殖方面也渐渐可以利用物联网技术来进行生产，突破了RFID难以在水产品养殖方面发挥作用的难关 [7]。在荷兰，他们从80年代以来都致力于温室计算机自动化系统的开发。现在，他们开发出的计算机自动化系统可以在计算机上显示测量的环境参数，并且可以设置参数的范围，当测量到的参数值超过设定的范围是就进行报警。该系统还可以将数据存储在数据库中，当需要查看之前测量的数据是可以直接调取数据库中存储的参数。并且系统可以通过计算机串口进行数据反馈操作，其中上位机软件可以设置参数，显示当前的参数值，同时还能够根据当前测量的参数进行浇灌或是调节温度等的控制和管理。
1.2.3 国内研究现状
我国是一个农业大国，为了防止因为环境问题农作物遭到破坏，我们的祖先早在2000多年前就意识到这一点，并且对农作物进行简单的保护 [8]。近代以来，我国经济发展水平有了很大的提高，农业发展也开始有了很大程度的提升。然后我国开始进行温室技术的研发，我国的温室发展从最开始的日光型温室到玻璃温室再到现在的各种智能化的温室，发展水平不断提高，但是因为不同地区的环境不同，所需要的温室类型也略有不同，并且各地的经济发展水平不一，所以很多地区的温室还并未实现现代化 [89]。
为了实现农业现代化，九十年代以来，我国开始进行各种温室的项目，来研究现代化温室所需的技术，并且引进并学习国外的先进技术，进行了各种研究和开发，使我国的温室农业有了很大程度水平的提升 [9]。在2011年，中国科学院与沈阳军区一起研究出来了一个农田管理系统，该系统已经可以实现农作物生长所需的大部分环境参数的测量，如土壤的墒情，温度湿度养料等，并且反馈后进行土壤浇水施肥等操作，并且可以监控农作物的生长状况，基本实现了一套完整的自动化操作，即可以对农田的生产进行精准化管理 [10]。通过运用GNSS、GIS、GPRS等技术，国家农业信息化工程技术研究中心研发出了农业机械远程监控调度系统，该系统可以根据监控的当前状况对要作业的机械进行合理的调度，根据需求合理的分配农业机械资源，避免出现扎堆或是机械不够的情况 [11]。
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