温室植物生长光照强度监控系统的设计终端节点(附件)
伴随互联网和电子产品的高速发展，传统农业也迎来了巨大变革，运用互联网和先进的传感设备，可以实现对农作物的科学管理监控。ZigBee技术是一种短距离无线通信技术，在目前的生产生活中都有着广泛应用，是目前较受欢迎的一种传输方式。ZigBee技术具有低功耗、低成本和高容量的特点，是一种高可靠的无线传输网络。本课题采用TI公司的CC2530芯片为载体，使用光照度传感器实现温室大棚的植物生长光照度数据采集，并采用无线传输的方式，由协调器经串口发送到PC端显示。本系统由光照度传感器，终端节点，协调器三部分组成，可以实现对光照度的检测，以及做出合理监管。关键词 温室大棚，光照度，ZigBee ，农业，传感器
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究与发展现状 1
1.3 本课题设计的关键技术 2
2 课题总体设计 4
2.1 系统需求及功能 4
2.2 系统总体设计 5
2.3 系统硬件结构设计 5
2.4 ZigBee网络通信简介 6
3 系统硬件设计 6
3.1 芯片CC2530简介 6
3.2 终端节点硬件设计 11
3.3 协调器节点设计 14
4 系统软件设计 15
4.1 通信程序设计 15
4.2 终端节点程序设计 18
5 系统调试 19
5.1 调试相关说明 19
5.2 协调器节点调试 20
5.3 终端节点调试 21
5.4 组网调试 24
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
附录A 29
附录B 31
1 绪论
1.1 课题研究背景
当今时代，互联网已经被运用在各个产业，不可避免的影响了产业的传统模式。随着科学技术的高速发展，传统农业也迎来了模式上的转变，已不再是传统生产模式，正逐步向智能化，无人化的方向发展。那么，完全依靠人力来管 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
理农业生产已经落后，需要一种更加省时省力的模式来解决这个问题。互联网为这一想法创造了成真的机会。互联网与现代电子设备的结合，便是解决这一问题的关键。运用电子设备对农作物的生长环境和生长状态进行监控，通过无线通信传输给控制中心，实现对温室大棚的实时监控管理，可以明显提高温室大棚的生产工作效率。有线通信的温室测控系统在布线和维护上都存在很大的弊端，不利于其他设备的作业，难以达到温室生产的产业化标准，所以无线通信方式能很好地规避这一问题，为大型高效产业化农业生产提供了可能性。
目前，主要的无线通信技术有：蓝牙、WiFi、红外线通信和ZigBee等，ZigBee具有低功耗、低成本和高容量的特点，适合应用于温室大棚的监控管理。本课题设计了一个以ZigBee技术为核心的温室植物生长光照强度监控系统，系统主要由一个协调器和两个终端节点组成，能监控大棚中不同地点的光照强度，并将采集到的数据无线传输给协调器节点，然后由协调器节点通过串口有线传输到PC端显示，并且PC端能够发送控制命令，控制终端节点的照明设备，以实现光照补偿。植物生长需要的一个必备条件是生长环境具有适宜的光照强度。光环境的不同，植物生长发育情况也不同[1]，因此控制生长光照强度是控制植物生长的关键。生长光照强度过低，植物无法正常生长，极易导致生长缓慢，枯萎等现象，所以合理的光照度采集和补偿是有必要的。
1.2 国内外研究与发展现状
1.2.1 国外研究现状
目前，国外温室大棚的发展已经相当发达，美国、日本等多个国家的研究水平处于领先地位。现代对温室大棚内部设施的控制已经不是独立的、简单的、静态的数字控制，而是基于环境模型上的智能控制，以及基于专家系统上的智能控制，现在很多国家在实现自动化的基础上正在朝着完全自动化、无人化的方向发展[2]。例如：日本开发出了蔬菜嫁接机器人和自动耕作的智能机器人。
1.2.2 国内研究现状
我国利用温室进行栽培作物始于汉代，比西方国家早近1000年，但当时没有得到推广和发展。我国对系统化温室大棚的研究始于20世纪80年代。在80年代中后期，我国的温室监控技术得到飞速发展，引进了一批欧美等国的温室监控设备。但这些设备存在较大问题，如耗电太大。20世纪末，从日本、美国等国家引进了一系列温室大棚技术，推动了我国温室大棚技术研究和发展。温室环境监控技术大致分为，人工手动监控，自动监控阶段，智能监控阶段三个阶段[3]。
我国是应用温室大棚种植面积最广的国家，且温室种植面积仍处于逐年上涨趋势。然而，我国农业温室大棚所使用的大多数监控系统存在着现场布线繁琐，安装成本高，系统可维护性差等问题[4]。近年来，我国不断深入对温室大棚控制系统的研究，希望开发出一个更加智能，适应性更强的温室大棚监控系统。
1.3 本课题设计的关键技术
1.3.1 ZigBee技术
ZigBee技术具有近距离、低复杂度、低功耗、低成本、自组织等特点，主要运用于距离短、功耗低且传输速率低的电子设备上。ZigBee是可靠性很高的无线传输网络协议，通讯距离最长可达75m，如果有特殊需求，可以扩展到几百米以上，适用于相隔距离较短的设备间通信。一个ZigBee网络理论上可由65300个ZigBee节点构成，并且网络内ZigBee模块还可以相互通信。ZigBee具有价格低廉、工作可靠、使用方便的特点。目前ZigBee技术已广泛运用于智能交通、智能家居、农业、气象等领域。
根据本课题的设计，选用了ZigBee技术，因为其成本，功耗，传输速率，通信距离，抗干扰能力相对于其他几种技术更加适合本系统。相关数据如表1。
表1 各类通信技术性能比较
通信技术
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究与发展现状 1
1.3 本课题设计的关键技术 2
2 课题总体设计 4
2.1 系统需求及功能 4
2.2 系统总体设计 5
2.3 系统硬件结构设计 5
2.4 ZigBee网络通信简介 6
3 系统硬件设计 6
3.1 芯片CC2530简介 6
3.2 终端节点硬件设计 11
3.3 协调器节点设计 14
4 系统软件设计 15
4.1 通信程序设计 15
4.2 终端节点程序设计 18
5 系统调试 19
5.1 调试相关说明 19
5.2 协调器节点调试 20
5.3 终端节点调试 21
5.4 组网调试 24
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
附录A 29
附录B 31
1 绪论
1.1 课题研究背景
当今时代，互联网已经被运用在各个产业，不可避免的影响了产业的传统模式。随着科学技术的高速发展，传统农业也迎来了模式上的转变，已不再是传统生产模式，正逐步向智能化，无人化的方向发展。那么，完全依靠人力来管 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
理农业生产已经落后，需要一种更加省时省力的模式来解决这个问题。互联网为这一想法创造了成真的机会。互联网与现代电子设备的结合，便是解决这一问题的关键。运用电子设备对农作物的生长环境和生长状态进行监控，通过无线通信传输给控制中心，实现对温室大棚的实时监控管理，可以明显提高温室大棚的生产工作效率。有线通信的温室测控系统在布线和维护上都存在很大的弊端，不利于其他设备的作业，难以达到温室生产的产业化标准，所以无线通信方式能很好地规避这一问题，为大型高效产业化农业生产提供了可能性。
目前，主要的无线通信技术有：蓝牙、WiFi、红外线通信和ZigBee等，ZigBee具有低功耗、低成本和高容量的特点，适合应用于温室大棚的监控管理。本课题设计了一个以ZigBee技术为核心的温室植物生长光照强度监控系统，系统主要由一个协调器和两个终端节点组成，能监控大棚中不同地点的光照强度，并将采集到的数据无线传输给协调器节点，然后由协调器节点通过串口有线传输到PC端显示，并且PC端能够发送控制命令，控制终端节点的照明设备，以实现光照补偿。植物生长需要的一个必备条件是生长环境具有适宜的光照强度。光环境的不同，植物生长发育情况也不同[1]，因此控制生长光照强度是控制植物生长的关键。生长光照强度过低，植物无法正常生长，极易导致生长缓慢，枯萎等现象，所以合理的光照度采集和补偿是有必要的。
1.2 国内外研究与发展现状
1.2.1 国外研究现状
目前，国外温室大棚的发展已经相当发达，美国、日本等多个国家的研究水平处于领先地位。现代对温室大棚内部设施的控制已经不是独立的、简单的、静态的数字控制，而是基于环境模型上的智能控制，以及基于专家系统上的智能控制，现在很多国家在实现自动化的基础上正在朝着完全自动化、无人化的方向发展[2]。例如：日本开发出了蔬菜嫁接机器人和自动耕作的智能机器人。
1.2.2 国内研究现状
我国利用温室进行栽培作物始于汉代，比西方国家早近1000年，但当时没有得到推广和发展。我国对系统化温室大棚的研究始于20世纪80年代。在80年代中后期，我国的温室监控技术得到飞速发展，引进了一批欧美等国的温室监控设备。但这些设备存在较大问题，如耗电太大。20世纪末，从日本、美国等国家引进了一系列温室大棚技术，推动了我国温室大棚技术研究和发展。温室环境监控技术大致分为，人工手动监控，自动监控阶段，智能监控阶段三个阶段[3]。
我国是应用温室大棚种植面积最广的国家，且温室种植面积仍处于逐年上涨趋势。然而，我国农业温室大棚所使用的大多数监控系统存在着现场布线繁琐，安装成本高，系统可维护性差等问题[4]。近年来，我国不断深入对温室大棚控制系统的研究，希望开发出一个更加智能，适应性更强的温室大棚监控系统。
1.3 本课题设计的关键技术
1.3.1 ZigBee技术
ZigBee技术具有近距离、低复杂度、低功耗、低成本、自组织等特点，主要运用于距离短、功耗低且传输速率低的电子设备上。ZigBee是可靠性很高的无线传输网络协议，通讯距离最长可达75m，如果有特殊需求，可以扩展到几百米以上，适用于相隔距离较短的设备间通信。一个ZigBee网络理论上可由65300个ZigBee节点构成，并且网络内ZigBee模块还可以相互通信。ZigBee具有价格低廉、工作可靠、使用方便的特点。目前ZigBee技术已广泛运用于智能交通、智能家居、农业、气象等领域。
根据本课题的设计，选用了ZigBee技术，因为其成本，功耗，传输速率，通信距离，抗干扰能力相对于其他几种技术更加适合本系统。相关数据如表1。
表1 各类通信技术性能比较
通信技术
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