设施农业信息无线监测系统硬件设计
设施农业是在相对可控的环境下，利用工程技术进行动植物高效生产的现代农业模式。农业包括设施、种植、设施及安装等食用菌育种。设施农业设施项目，采用人工的方法去改变自然，根据光照和温度条件，创造环境因素，优化植物和动物的生长，使他们可以在所有天气生长。本文针对传统设施农业测量手段单一、效率低等缺点，按照设施农业生产过程中环境信息监测的要求，应用ZigBee技术设计一套设施农业环境信息无线监测系统，对环境中的温度，湿度，光照，空气等环境条件进行监测。在系统的设计中，主电路采用CC2530，温湿度模块采用DHT11传感器，光照强度模块采用BH1750FVI传感器，大气压力模块采用GY68BMP180传感器。在进行测试后，发现本文设计的监测系统能保持不错的稳定性，能有效地监测设施农业环境信息。关键词 设施农业，信息监测，无线通信，ZigBee技术，CC2530
目 录
1 引言 1
1.1 设施农业发展现状 1
2 无线传感器网络 2
2.1 无线传感器网络的体系结构 3
2.2 无线传感器网络的节点结构 3
2.3 无线传感器网络的特点 3
3 ZigBee技术简介 4
3.1 ZigBee概述 4
4 系统总体设计 4
4.1 系统整体结构设计 4
4.2 传感器节点结构 6
5 系统硬件设计 7
5.1 主电路CC2530 7
5.2 温湿度检测电路设计 7
5.3 光照强度检测电路设计 10
5.4 大气压力检测电路设计 13
6 系统软件设计 22
6.1 主程序设计 22
6.2 子程序设计 22
7 系统测试 23
7.1 串口调试 23
7.2 测试结果 25
结论 27
致谢 27
参考文献 29
附录A CC2530应用电路图 31
附录B 开发底板V3.6原理图 31
附录C 协调器底板原理图 32 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
附录D PCB图 32
附录E 程序代码 33
1 引言
设施农业是通过现代农业工程的实施、机械技术的利用来提高种植和养殖；应用当地环境微生物技术管理为存储水生生物和产品保鲜提供一个相对最优控制的环境条件；控制温度和湿度、增加光照、改善水和空气情况，使土地条件、大气物理特征和生物隐藏能力得到最大限度的发挥；在一定量的土地上少用劳动力，冲破自然环境的一部分束缚，有效地生产农业，来取得高质量、多生产、高速度、效果好的新型农产品的生产方式[1]。设施农业是现代农业发展史上的一次革命，是由传统农业向现代化集约型农业转变的有效方式，是实现农业现代化的必由之路[2]。
1．1 设施农业发展现状
1.1.1 国内研究现状
设施农业在中国已经有了很长时间的发展，在农作物和家禽生长生产等多方面的发展很多。在科技水平越来越高的形式下，尤其是信息技术革命，中国的设施农业的机械化水平越来越高。从20世纪70年代末起，中国对智能化设施农业进行了许多方面的探究[3]。进入第二十一个世纪后，我们的研究的成果如雨后春笋般涌现。智能化水平的设施农业大大改善。但总的来说，中国的智能化设施农业与西方国家之间的距离还是很大的。
在过去的一段时间里，中国在设施农业领域里进展显著，尤其是在温室中被越来越大量利用。温室里的冷热程度和大气干燥度、单位面积上所接受可见光的能量、土里的含有的水分和土的冷热度、二氧化碳在空气中的百分比等环境因素监测数据是农业的生产效率提高的指标体现。以前的测量手段耗时长，非常吃力；效率不高，数据与实际情况不符；要进行监控首先要铺设很多的线路，在最开始的时候需要很多资金，到了以后还不能保持良好运行。在十几年的时间里，无线传感器网络是一种全新的信息获取技术，这是由于执行专用功能并被内部计算机控制的设备或系统方面的研究。无线传感器技术可以在任何时间和任何地点收集到数据信息，发送数据也可以做到无线进行。这样就不需要很多的功耗，投入的资金也不多，维护起来也方便简单。这样看来，温室里很需要利用无线传感器网络技术、全球移动通信系统技术，实现监控和无线传输，在灾害发生前，按照观测得到的数据，发出紧急信号，报告危险情况，以防止危害在准备不足的状况下发生，从而尽可能降低危害所形成的损失。这样能让农民在不利气象条件下不至于失去太多，使农民在耕作过程中的不确定因素得到控制，对农民资产的进一步提升有很多作用[4]。
1.1.2 国外研究现状
设施农业在西方各国取得了显著的成果。丹麦、英国和德国等发达国家已在设施农业领域进行了长久而专业的研究，不仅改善了设施农业的环境条件，还通过有针对性地进行施肥增加了土地中的养分，而且在栽种农作物时，挑选了更优良的品种。设施农业变得越来越专业化，机械化水平越来越高，环境保护做得越来越好，这使种植业和畜牧业生产摆脱了“靠天吃饭”的困境，做到了因地制宜。各种农作物的品质越来越高，生长周期越来越短，更加符合市场需求[5]。
在设施农业发展地如火如荼的同时，我们必须看到存在其中的各种各样的不足之处。在21世纪中，我们还需要对设施农业进行全方位、多领域、高层次的研究。在对设施农业的环境质量实施长期、连续、有效监测的前提下，做到科学准确、全面高效地监测、管理所辖区域的环境状况，通过技术、提高效率、减少人员投入和提高设备功用、批量生产等手段，使在设施农业生产过程中投入的资金做到物尽其用。在发展设施农业的过程中，我们应该更多的开发利用太阳能、地热能、风能、海洋能等环保、可持续利用的能源[6]。在设施农业利用水资源的过程中，运用物理过滤方法，去除水中的有害物质等，并对水资源进行多次利用，使设施农业得到更好的效果和利益。
在发达国家的设施农业的发展遥遥领先的事实下，中国设施农业发展还处于起步阶段。因而，我们应该参考这些国家成功的经验，并要对其失败之处鉴往知来，创造符合我们国家国情的模式。我们要对农业生产中的自然资源以及劳动力资源做好统筹安排，做到人尽其才，物尽其用。在设施农业研究领域中，要有创新精神，采取科学的管理手段，以促进科学和技术创新项目在中国设施农业的进一步发扬光大，使中国设施农业走在发展的快车道上[7]。
2 无线传感器网络
目 录
1 引言 1
1.1 设施农业发展现状 1
2 无线传感器网络 2
2.1 无线传感器网络的体系结构 3
2.2 无线传感器网络的节点结构 3
2.3 无线传感器网络的特点 3
3 ZigBee技术简介 4
3.1 ZigBee概述 4
4 系统总体设计 4
4.1 系统整体结构设计 4
4.2 传感器节点结构 6
5 系统硬件设计 7
5.1 主电路CC2530 7
5.2 温湿度检测电路设计 7
5.3 光照强度检测电路设计 10
5.4 大气压力检测电路设计 13
6 系统软件设计 22
6.1 主程序设计 22
6.2 子程序设计 22
7 系统测试 23
7.1 串口调试 23
7.2 测试结果 25
结论 27
致谢 27
参考文献 29
附录A CC2530应用电路图 31
附录B 开发底板V3.6原理图 31
附录C 协调器底板原理图 32 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
附录D PCB图 32
附录E 程序代码 33
1 引言
设施农业是通过现代农业工程的实施、机械技术的利用来提高种植和养殖；应用当地环境微生物技术管理为存储水生生物和产品保鲜提供一个相对最优控制的环境条件；控制温度和湿度、增加光照、改善水和空气情况，使土地条件、大气物理特征和生物隐藏能力得到最大限度的发挥；在一定量的土地上少用劳动力，冲破自然环境的一部分束缚，有效地生产农业，来取得高质量、多生产、高速度、效果好的新型农产品的生产方式[1]。设施农业是现代农业发展史上的一次革命，是由传统农业向现代化集约型农业转变的有效方式，是实现农业现代化的必由之路[2]。
1．1 设施农业发展现状
1.1.1 国内研究现状
设施农业在中国已经有了很长时间的发展，在农作物和家禽生长生产等多方面的发展很多。在科技水平越来越高的形式下，尤其是信息技术革命，中国的设施农业的机械化水平越来越高。从20世纪70年代末起，中国对智能化设施农业进行了许多方面的探究[3]。进入第二十一个世纪后，我们的研究的成果如雨后春笋般涌现。智能化水平的设施农业大大改善。但总的来说，中国的智能化设施农业与西方国家之间的距离还是很大的。
在过去的一段时间里，中国在设施农业领域里进展显著，尤其是在温室中被越来越大量利用。温室里的冷热程度和大气干燥度、单位面积上所接受可见光的能量、土里的含有的水分和土的冷热度、二氧化碳在空气中的百分比等环境因素监测数据是农业的生产效率提高的指标体现。以前的测量手段耗时长，非常吃力；效率不高，数据与实际情况不符；要进行监控首先要铺设很多的线路，在最开始的时候需要很多资金，到了以后还不能保持良好运行。在十几年的时间里，无线传感器网络是一种全新的信息获取技术，这是由于执行专用功能并被内部计算机控制的设备或系统方面的研究。无线传感器技术可以在任何时间和任何地点收集到数据信息，发送数据也可以做到无线进行。这样就不需要很多的功耗，投入的资金也不多，维护起来也方便简单。这样看来，温室里很需要利用无线传感器网络技术、全球移动通信系统技术，实现监控和无线传输，在灾害发生前，按照观测得到的数据，发出紧急信号，报告危险情况，以防止危害在准备不足的状况下发生，从而尽可能降低危害所形成的损失。这样能让农民在不利气象条件下不至于失去太多，使农民在耕作过程中的不确定因素得到控制，对农民资产的进一步提升有很多作用[4]。
1.1.2 国外研究现状
设施农业在西方各国取得了显著的成果。丹麦、英国和德国等发达国家已在设施农业领域进行了长久而专业的研究，不仅改善了设施农业的环境条件，还通过有针对性地进行施肥增加了土地中的养分，而且在栽种农作物时，挑选了更优良的品种。设施农业变得越来越专业化，机械化水平越来越高，环境保护做得越来越好，这使种植业和畜牧业生产摆脱了“靠天吃饭”的困境，做到了因地制宜。各种农作物的品质越来越高，生长周期越来越短，更加符合市场需求[5]。
在设施农业发展地如火如荼的同时，我们必须看到存在其中的各种各样的不足之处。在21世纪中，我们还需要对设施农业进行全方位、多领域、高层次的研究。在对设施农业的环境质量实施长期、连续、有效监测的前提下，做到科学准确、全面高效地监测、管理所辖区域的环境状况，通过技术、提高效率、减少人员投入和提高设备功用、批量生产等手段，使在设施农业生产过程中投入的资金做到物尽其用。在发展设施农业的过程中，我们应该更多的开发利用太阳能、地热能、风能、海洋能等环保、可持续利用的能源[6]。在设施农业利用水资源的过程中，运用物理过滤方法，去除水中的有害物质等，并对水资源进行多次利用，使设施农业得到更好的效果和利益。
在发达国家的设施农业的发展遥遥领先的事实下，中国设施农业发展还处于起步阶段。因而，我们应该参考这些国家成功的经验，并要对其失败之处鉴往知来，创造符合我们国家国情的模式。我们要对农业生产中的自然资源以及劳动力资源做好统筹安排，做到人尽其才，物尽其用。在设施农业研究领域中，要有创新精神，采取科学的管理手段，以促进科学和技术创新项目在中国设施农业的进一步发扬光大，使中国设施农业走在发展的快车道上[7]。
2 无线传感器网络
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