[发明专利]一种ZigBee技术的大棚农作物环境信息无线组网监测系统

说明书

技术领域

本发明属于无线通信与物联网技术领域，涉及一种ZigBee技术的大棚农作物环境信息无线组网监测系统。

背景技术

大棚是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所，大棚建造框架结构选用采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在不适宜植物生长的季节栽培植物，多用于低温季节喜温蔬菜、水果、花卉等植物栽培或育苗等功能。温室生产可达到调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量、产量的目的。随着大棚农业生产的不断发展，大棚农业生产方式虽然正慢慢从人力为主转向机械作业为主，但是目前，大多数种植者还是沿用人工值守的方法来看管大棚，人力物力大量浪费，而且温湿度控制并不理想，往往因为温湿度控制不当造成农作物减产从而带来经济损失。另外，硬件设施好一些的大棚农作物生长环境信息的获取一般通过人工记录和分析，然后手工输入计算机，由相应的软件进行处理，将数据保存到数据库，这种方式现场布线均为有线方式通信，安装维护带来不便，同时也增加人力资源成本比重。

我国大棚农业控制技术在引进与自我开发过程中逐步发展起来，但大多数还处于单控制器+单传感器+执行机构这种状态。总体来讲还处于从简单应用向实用化和综合性应用过渡的阶段。针对一定区域内信息和设备进行监测和控制多采用有线方式通信的传感器，网络在布线和维护过程中由于线路腐蚀和损坏造成网络中断，给大棚的农作物生产带来影响。另外系统配置存在节点分布不均、数量偏少、数据采集不准、节点可靠性不高等问题，难于提供实时、准确的量化状态信息，主要是靠人工经验，被动地实现保温、降温、遮阳和防雨，而不能主动地调节温、光、水、肥，这几乎成了限制大棚作物优质高产的主要障碍。

近年来随着电子信息技术的飞速发展，给大棚农业监测与管理技术带来信息化变革，“设施农业”、“精准农业”、“智慧农业”概念应运而生。计算机控制与管理系统正在不断吸收自动控制和信息管理领域新的理论和方法，结合大棚农作物种植特点，不断创新，逐步完善，从而使大棚种植业实现真正意义上的现代化、产业化。

基于此，设计并完成一套针对大棚农作物环境信息多终端无线自组网监测系统，利用ZigBee技术，融合物联网与嵌入式控制技术，实现了终端节点对大棚农作物生长信息的实时采集、监测，大棚农户可以实时了解大棚内农作物生长状况，根据农作物空气与土壤温湿度等参数的变化情况进行动态调控。系统采用ZigBee芯片CC2530构建终端采集节点、路由节点和协调器汇聚节点。终端采集节点周期性采集数据通过多跳路由和协调器上报到PC监控端和大棚农户手机端。监测系统节点之间能够自组织构建网络，即使节点发生故障，网络能够自我修复，系统正常工作，组网通信协议简单可靠，传感器节点具有灵敏度高、测量准确、功耗低，无线感知、自治组网、节点布置灵活、可重复利用等优点，具有较大的市场竞争力和广阔的应用前景。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种ZigBee技术的大棚农作物环境信息无线组网监测系统。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明采用树状Mesh拓扑结构，组建的网络由协调器汇聚电路、路由节点电路、终端采集节点电路三种类型功能节点电路构成；

协调器汇聚电路负责整个网络初始化，确定ZigBee网络ID号和操作物理信道，并统筹短地址分配，提供数据路由和安全管理服务，包括巴伦配置电路、串行通信电路和ZigBee主控器CC2530U1；巴伦配置电路与主控器CC2530U1实时通信，CC2530U1通过串行通信电路实现与主机PC数据传输。

路由节点电路与终端采集节点电路的硬件电路结构设计一致，均有对农作物生长环境信息的采集功能，终端采集节点电路负责信息采集，通过电路中射频部分传送信息到协调器汇聚电路。路由节点电路允许子设备加入网络，多跳路由并协助终端采集节点电路进行通信，完成数据信息的转发，延长数据传输距离。路由节点电路与终端采集节点电路的区别在于路由节点电路具有数据路由转发功能，而终端采集节点电路不具备此种功能；