基于ZigBee技术的温室大棚智能监控系统
基于ZigBee的无线农业大棚监控系统方案
一、项目背景近年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推浓度等环境因子对作物的生广和应用。
种植环境中的温度、湿度、光照度、CO2产有很大的影响。
传统的人工控制方式难以达到科学合理种植的要求，目前国内可以实现上述环境因子自动监控的系统还不多见，而引进国外具有多功能的大型连栋温室控制系统价格昂贵，不适合国情。
针对目前大棚发展的趋势，提出了一种大棚智能监控系统的设计。
根据大棚智能监控的特殊性，需要传输大棚现场参数给管理者，并把管理者的命令下发到现场执行设备，同时又要使上级部门可随时通过互连网或者手机信息了解区域大棚的实时状况。
基于GPRS的智能大棚监控系统使这些成为可能二、项目分析2.1 系统组成2.1.1大棚现场采集控制终端大棚现场采集控制终端负责24小时采集温室内温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数。
2.1.2无线传输设备前端采用四信F8914 ZigBee模块，通过232/485（端子接口）和采集器相连接，Zigbee作为一种无线连接,可工作在2. 14 GHz(全球流行) 、868 MHz (欧洲流行)和915 MHz (美国流行) 3个频段上,分别具有最高至250 kbit/ s、20 kbit/ s、40 kbit/ s的传输速率。
该型号设备一般为终端节点，完成信息的发送和接收。
实物如图1ZigBee中心节点采用四信F8114 ZigBee+GPRS模块，中心节点收到的数据可以通过串口直接是输出到服务器上（前端与服务器的距离较近）；还可有通过GPRS 把其收到的数据发送的远端的服务器上，GPRS部分采用国际标准TCP/IP通信协议，且两种方式都是实现数据透明传输功能。
省去了每个终端的GPRS模块，只需要中心节点一个，节约了成本。
实物如图22.1.3数据管理中心数据中心对现场实时采集的温室内温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行分析处理，不仅进行完成的统计做出相应的统计报表，并做出趋势分析，且以直观的图表和曲线的方式显示给用户，并根据种植作物的需求提供各种声光报警信息。
基于ZigBee技术的农业温室大棚监控及智能控制方案(优.选)
基于ZigBee技术的农业温室大棚监控及智能控制方案一概述“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。
业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。
目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。
我国也正在高度重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。
智能控制是为了达到节能、舒适、便利的目的，要求对市政、家庭、农业等的智能控制和监视制定细致的策略和方案。
但是，传统的智能控制系统由于很多因素的制约，很难达到要求。
为了解决这些问题，业界尝试了很多办法，但基本上都属于封闭式的，多采用私有协议，彼此间难以互通，导致结构不透明，灵活性、扩充性不佳。
从长远看，智能控制系统的发展趋势是走向开放，尤其是智能控制与互联网的融合是其中一个重要发展趋势。
智能农业控制通过实时采集农业大棚内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤水分等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。
可以根据用户需求，随时进行处理，为农业生态信息自动监测、对设施进行自动控制和智能化管理提供科学依据。
大棚监控及智能控制解决方案是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农作物温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度等环境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备(如远程控制浇灌、开关卷帘等)。
二项目需求在每个智能农业大棚内部署空气温湿度传感器2只，用来监测大棚内空气温度、空气湿度参数；每个农业大棚内部署土壤温度传感器2只、土壤湿度传感器2只、光照度传感器2只，用来监测大棚内土壤温度、土壤水分、光照度等参数。
所有传感器一律采用直流24V电源供电，大棚内仅需提供交流220V市电即可。
每个农业大棚园区部署1套采集传输设备（包含中心节点、无线3G路由器、无线3G网卡等），用来传输园区内各农业大棚的传感器数据、设备控制指令数据等到internet上与平台服务器交互。
基于ZigBee技术的温室智能监控系统
基于ZigBee技术的温室智能监控系统基于ZigBee技术的温室智能监控系统随着人们对农业生产效率和环境监控要求的不断提高，传统的温室种植方式已经无法满足市场的需求。
为了提高温室种植的生产效率和监控环境的精确度，基于ZigBee技术的温室智能监控系统应运而生。
本篇文章将介绍这一系统的原理、优点和发展前景。
一、ZigBee技术的介绍ZigBee是一种低功耗、短距离、低速率的无线通信技术，它采用了IEEE 802.15.4标准，适用于家庭自动化、工业监控等多种应用场景。
与其他无线通信技术相比，ZigBee具有低功耗、低成本、低复杂度等优点，非常适合于温室种植环境监控。
二、温室智能监控系统的原理基于ZigBee技术的温室智能监控系统主要包括传感器节点、数据采集节点和控制节点三个部分。
传感器节点通过测量温度、湿度、光照强度等环境参数，并将数据通过ZigBee协议传输给数据采集节点。
传感器节点具有低功耗、低成本的特点，可以布置在大面积的温室内，实现对环境参数的实时监测。
数据采集节点是系统的核心组成部分，它接收传感器节点传来的数据，并将其存储在数据库中。
数据采集节点还可以进行数据分析和处理，例如判断是否需要进行喷灌、通风等调节措施。
同时，数据采集节点通过ZigBee技术与控制节点进行无线通信，实现对温室环境的实时控制。
控制节点可以根据采集的数据，通过控制温室内的设备实现温度、湿度等环境参数的调节。
例如，当温度过高时，控制节点可以启动风机进行降温。
控制节点也可以通过ZigBee技术与外部设备（如手机、电脑）进行远程通信，实现远程监控和控制。
三、基于ZigBee技术的温室智能监控系统的优点1. 低功耗：ZigBee技术采用了低功耗的设计，传感器节点的电池寿命长，减少了更换电池的频率。
2. 低成本：ZigBee技术的节点成本低，易于扩展和维护。
3. 高稳定性：ZigBee技术采用了自组织网络，在节点失效时可以自动转移数据传输路径，提高了系统的可靠性和稳定性。
基于Zigbee技术的农作物温室大棚监控系统的设计和实现
参考内容
一、引言
随着科技的不断发展，智能化监控系统在许多领域得到了广泛的应用。特别 是在农业领域，温室大棚监控系统的应用对农作物的生长和产量有着重要的影响。 ZigBee作为一种低功耗、低成本、高可靠性的无线通信技术，为农业温室大棚监 控系统的设计与实现提供了新的解决方案。
二、系统设计
基于ZigBee的农业温室大棚监控系统主要包括传感器节点、ZigBee协调器、 数据传输模块和上位机软件。
二、技术ห้องสมุดไป่ตู้述
Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的低速无线个人区域网络通信技术。 它具有低功耗、低成本、高可靠性、大容量等特点，非常适合于智能家居、工业 自动化、农业等领域。在农作物温室大棚监控系统中，Zigbee技术可实现传感器 数据的实时采集、设备控制以及数据传输等功能。
三、系统设计
四、系统实现
1、部署方案
在温室大棚内，根据需要布置温度传感器、湿度传感器、光照传感器和CO2 传感器，并将传感器数据通过Zigbee模块传输到监控中心。监控中心部署有接收 器和显示设备，方便工作人员实时监测大棚环境参数。
2、操作方法
工作人员可通过监控中心的显示设备实时查看各个温室大棚的环境参数。根 据需要，可通过监控中心对温室大棚进行控制，如调整通风设备、灌溉系统等。 同时，监控中心可对历史数据进行记录和分析，以便更好地了解农作物生长情况 和优化温室环境。
2、网络构建
基于Zigbee技术的温室大棚监控系统采用星型网络结构。每个温室大棚作为 一个独立的网络节点，节点上布置有多个传感器和Zigbee模块。通过Zigbee模块 将传感器数据传输到监控中心，监控中心通过显示界面展示环境参数。
3、数据传输
系统采用无线传输方式，通过Zigbee模块将传感器数据传输到监控中心。数 据传输采用UDP协议，具有较低的延迟和较高的可靠性。同时，监控中心可对各 个温室大棚的环境参数进行实时监测，并根据需要对大棚环境进行调整。
基于紫金桥和ZIGBEE的温室大棚监控解决方案
基于紫金桥和ZIGBEE的温室大棚监控解决方案随着近年来我国居民的物质生活的改善，温室大棚日渐普及，然而在传统领域里温室大棚的自动化程度极低，最起码的温湿度都是人为定时读数，通过读取温度值来知道大棚内的实际温度，然后根据现有温度与额定温度进行比较，看温度是否过高或过低，如果过高，就对大棚进行降温处理，如果过低就升温，就对大棚进行升温。
这些操作都是在人工情况下进行的，这些都浪费了大量的人力物力，对于大棚数量很多来说，是面临的一个难题。
现在，随着农业产业规模的不断提高，农产品在大棚中培育的品种越来越多，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。
针对于此紫金桥软件公司提出了基于紫金桥软件和ZIGBEE技术的温室大棚监控系统，实现对大棚温湿度的实时监控，异常情况及时报警。
针对某有机农业开发中心现有的情况，紫金桥软件提出基于紫金桥软件和ZIGBEE的温室大棚监控解决方案。
系统说明此类方案的通信方式有多种，可以采用有线方式（例如串口，以太网等），无线方式。
无线方式包括数传电台，GPRS/CDMA网络，ZIGBEE无线传输等。
根据该有机农业开发中心实际情况（距离小，大棚众多），我们建议客户采用ZigBee无线收发设备来传输数据，通过模块采集温度传感器等信号，经由ZigBee射频收发模块传输数据，实现对大棚温湿度的控制，与其他无线技术相比，本方案具有低功耗、低成本和网络容量大等特点。
ZIGBEE的优势Zigbee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。
Zigbee数传模块类似于移动网络基站。
通讯距离从标准的75米到几百米、几公里，并且支持无限扩展。
在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75米无限扩展。
使用ZIGBEE具有低功耗、低成本、短时延、高容量、高安全和免执照频段几大特点，特别适合此类距离较近，节点较多的网络。
系统功能中心控制服务器（紫金桥）主要完成以下功能：1、数据采集：对该中心各大棚进行实时数据采集．对温度，湿度等信息实时监控。
基于Zigbee无线通信技术的智能农业温室监测系统
基于Zigbee无线通信技术的智能农业温室监测系统摘要本文基于Zigbee无线通信技术，设计并研究了一种智能农业温室监测系统。
该系统采用传感器对温室内的环境数据进行采集，并通过Zigbee无线通信技术将数据传输至控制中心，实现对温室环境数据的实时监测与控制。
本文对该系统的硬件和软件进行了详细的设计和实现，并进行了实验验证。
实验结果表明，该系统具有稳定可靠、实时性好、易于安装和维护等特点，能够为农业生产提供重要的技术支持。
关键词：Zigbee；智能农业；温室监测；无线通信技术；传感器；控制中心AbstractBased on the Zigbee wireless communication technology, this paper designs and researches an intelligent agriculture greenhouse monitoring system. The system uses sensors to collect environmental data inside the greenhouse, and transmits the data to the control center through Zigbee wireless communication technology, realizing real-time monitoring and control of the greenhouse environment data. This paper elaborates on the hardware and software design and implementation of the system, and conducts experimental verification. The experimental results show that the system is stable and reliable, has good real-time performance, and is easy to install and maintain, which can provide important technical support for agricultural production.Keywords: Zigbee; intelligent agriculture; greenhouse monitoring; wireless communication technology; sensors; control center第一章绪论1.1 研究背景和意义随着农业现代化的不断推进，智能化农业已经成为当今世界农业发展的主要趋势之一。
基于ZigBee技术的无线大棚温湿监控系统
基于ZigBee技术的无线大棚温湿监控系统，大棚养殖逐渐呈现大规模、集团化的特点，因此无人值守的大规模大棚自动温湿监控系统具有较高的实际应用价值。
该系统采用ZigBee 无线收发设备传输数据，无需专门架线，系统结构简单，节省了人力物力，通过ZigBee射频收发模块可读取各大棚的数据，并实现对大棚温湿度的控制，实现真正意义上的无人值守，与普通无线技术相比，还具有低功耗、低成本和网络容量大等特点，该系统由中心控制单元和大棚温湿监控终端组成。
1 ZigBee 技术简介ZigBee 是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。
它主要工作在无须注册的2.4 GHz ISM 频段，传输范围在10～75 m，典型距离为30 m。
ZigBee 的基础是IEEE 802.15.4，这是IEEE 无线个人区域网工作组的一项标准，被称作IEEE 802.15.4(ZigBee)技术标准。
ZigBee 技术的主要优点包括以下几个部分：功耗低由于ZigBee 的传输速率低，只有10～250 kB／s，发射功率仅为1 mW，而且采用了休眠模式，功耗低。
根据ZigBee 联盟的估算，两节普通5 号干电池可使用六个月到两年。
成本低模块的初始成本估计在6 美元左右，很快就能降到1.5～2.5 美元之间，且ZigBee 协议是免专利费的。
网络容量大一个ZigBee 网络可以容纳最多254 个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100 个ZigBee 网络。
时延短针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。
设备搜索时延典型值为30 ms，休眠激活时延典型值是15 ms，活动设备信道接人时延为15 ms。
基于Zigbee技术的温室大棚监控
基于Zigbee技术的温室大棚监控
近年来在国内外的市场上出现了众多采用GPRS技术的温室大棚监控设备，该技术和设备具有传输信息量大、可远程操控及具有较高的可靠性，但其设备造价和通信费都较高，因而很难得到广泛推广。
因此笔者开发了一种基于Zigbee技术的温室大棚监控系统，该系统具有低功耗、低成本、高可靠性、低复杂度、安装维护简单和扩展性强等优点，为温室大棚监控系统的推广提供了一个不可多得的平台。
1 Zigbee无线通信技术系统结构
Zigbee是符合IEEE 802.15.4标准的新兴无线网络通信协议，其发起组织Zigbee联盟于2004年底发布了最早的1.0版本规范，之后相继推出了Zigbee2006和Zigbee PRO两个升级版本。
有关Zigbee的产品还大多处于研究阶段，但鉴于其众多的优点，相信不久，基于Zigbee技术的产品将会得到迅速普及应用。
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数据控制层主要实现为应用层提供服务接 口、 数据处理 、
数据访 问、 系统任务控制 等功能 。Ｗｅ ｂ服务器部 署的应用 主 要供 远程用 户使 用 ， 除部 署 Ｂ ／ Ｓ结构 的温 室 大棚 监控 系 统
ｈ ｕ ｍｉ ｄ ｉ ｆ ｙ ｉ ｎ ｇ Ｏｐ ｅ ｎ （ ） 加湿开启
ｈ ｕ ｍ ｉ ｄ ｉ ｆ ｙ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ （ ） 加湿关闭 ｈ ｏ ｔ ｕ ｐ Ｏ ｐ ｅ ｎ （ ） ｈ ｏ ｔ ｕ ｐ Ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ （ ） 加热开启 加热关闭
ｄ ｂ Ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ （ ） ｄ ｂ Ｄ ｅ ｌ ｅ ｔ ｅ （ ） ｄ ｂ Ｍ ｏ ｄ ｉ ｆ ｙ （ ）
３ ． ３ 应 用软 件 设 计
方法名
ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｔ ａ ｒ ｔ （ ） ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｔ ｏ ｐ （ ）
ｂ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｏ ｐ ｅ ｎ （ ）
功能说 明
监控启动 监控停止
风机打开
方法名
ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｉ ｎ ｉ ｔ （ ）
功能说明
设备初始化
ｄ ｒ ａ ｗ ｈ ｕ ｍ ｉ ｄ ｔ ｙ Ｌ ｉ ｎ ｅ 湿度 曲线绘制
ｄ ｒ ａ ｗ Ｈ ｏ ｔ Ｌ ｉ ｎ ｅ 热度 曲线绘制
温室大棚智能监控平 台作为与用 户直接对话 的窗 口， 既
要实 现对温室 的实时控 制 ， 同时还要 向用户提供一 系列生产 管理 帮助 ， 因此其 主要功能模块包括环境参数实时监控 、 设备 控制 、 曲线分析、 报表统计、 数据查询 、 系统配置（ 图５ ） 。环境 参数实时监控 ： 通过演示 温室 内三维动 态画面及 二维平面 画 面， 用 户可在控 制室 内掌握温室 的实际生产情况并提供异 常
转发。 ３ 软件设计
３ ． １ 传 感 器 节 点 软件 设计
根据系统的总体设计 要求 ， Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ无线传 感器节点作 为 数据的采集节点 ， 负责将温 室大棚 内的温湿度传感器 、 光线强 度传感器 、 Ｃ Ｏ 传感器采集到的数 据发送到 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ数据汇聚 节点 （ 路 由协调节点 ） ， 然后通过 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ数据汇聚节点将数据 传送到 Ｄ Ｓ Ｐ控制平 台。Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ无线传感 器节 点的整体 设计
数据存储 数据删除 数据修改
图４ Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ无线传 感器节点汇聚节点流程
表 １ 数 据 控 制 层 主 要 方 法
外， 还部署供移 动客户端调用 的 Ｗｅ ｂ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ 。控 制管理服 务
器一直运行后 台服务程序 ， 监听用户请求 ， 并处理请求给用户 响应 ， 包括数据处理 、 任务控制等功能。数据控制层软件设计 中封装的主要 方法如表 １ 所示。
－
－
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４ ０ ６． ． — —
江苏农 业科学
２ ０ １ ３年第 ４ １卷第 １ ２期
块组成 （ 图２ ） 。电源供应模块 负责为终端节点相关器件提供 工作 电能。传感器模 块负 责采集 外部 湿度 、 温度 、 光 照 等信 息， 然后将其送往处理器模 块。外部设备 接 口模块 提供 对外 部设备进行管理控制 的通信接 Ｅ ｌ 。处理器模块 对信 息进行加 工处理后交给无线通信模块 ， 后者负责收发信息 。
足应用需要 。所 以在 Ｃ Ｃ ２ ４ ３ ０器件与天线 之间加一级接 口电 路 即无线收发模块 ， 用来放大接收和发送信息 的功率 ， 从而加 大数据传送 距离 。汇聚节 点 的硬 件结 构与终 端节 点硬 件
１ １ １ １ ３ Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ无线传感器节点终端节点流程
结构类似 ， 其主要 功能 包括采集 该点 的土壤 环境 信息 （ 如 温 度、 湿度 、 光照强度 ） 、 接受来 自其他节点 的信号 、 对信息进 行
ｂ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ （ ）
ｓ ｈ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｏ ｐ ｅ ｎ （ ） ｓ ｈ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ （ ）
风机关闭
遮 阳网打开 遮 阳网关闭
ｄ ｒ ａ ｗ Ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ Ｌ ｉ ｎ ｅ 光照 曲线绘制
ａ ｌ ａ ｒ ｍ（ ） ｄ ｂ Ｓ ｔ ａ （ ） ｄ ｂ Ｑ ｕ ｅ ｒ ｙ （） 异常报警 数据统计 数据查询
图２ 传感器终端节点硬件结构
处理器模块选择 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 无线单 片机 Ｃ Ｃ ２ ４ ３ ０芯片 （ ， ｒ Ｉ 公
司） ， 该芯 片可 在 ２ ． ４ Ｇ Ｈ ｚ 频段工作 ， 采 用 低 电压 （ ２ ． ０～ ３ ． ６ Ｖ） 供电且功耗很低 （ 接收数据时为 ２ ７ ｍ Ａ， 发送数据时为 ２ ５ ｍＡ ） ， 最大传送 速率 为 ２ ５ ０ ｋ ｂ ／ ｓ 。测量发现 ， ２个网络节点 在空 旷地面的通信距 离是 １ ０～１ ０ ０ ｍ， 这 个距离有 时不能满