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基于ZigBee网络的温室环境监控系统设计 　　摘 要：传统的依靠人工对温室温度和湿度进行监测和控制的方式，由于监测误差大，控制具有延迟性，导致温室内的环境参数不能稳定在合理范围内。针对监控水平自动化程度低，不能适应温室规模化种植这一现状，设计了基于ZigBee网络的温室环境监控系统。该监控系统利用传感器对温室内的温度和湿度进行检测，将检测到的参数值经过ZigBee网络和RS485总线传输到上位机中。上位机对数值进行分析处理，然后发送指令到控制设备，进行温室环境监测和控制。实验表明该监控系统灵敏度高、控制灵活，达到了预设效果。　　关键词：ZigBee；上位机；RS485总线；温湿度监控　　DOIDOI：/　　中图分类号：TP319　　文献标识码：A 文章编号：1672--0061-03　　0 引言　　随着通讯技术的发展，温度、湿度信息的实时采集、分析和处理，以及相关设备的控制灵敏度都有很大提高，将温室规模化种植提升到了一个新高度。目前的信息通讯技术中，有线信息传输方式有CAN总线、RS485总线、Profibus总线等[1-3]，无线通讯技术应用较频繁的是蓝牙技术、ZigBee技术、WiFi技术以及移动通信技术等[4-6]。有线通信技术和无线通信技术都可以在一定程度上完成温室温度、湿度参数以及控制指令的传输。但是，温室内环境复杂，布线困难[7]，而无线技术传输距离较短[8]，将有线通信和无线通信两者结合，才能更好地完成环境参数的检测和控制[9]。　　为了达到温室环境参数检测灵敏、控制设备延迟性低的要求，提出了一种基于ZigBee网络和RS485总线的温室环境监控系统方案，该监控系统能很好地实现温室内的温度和湿度的实时监测和控制，使温室内的环境参数始终处于设定的范围内。　　1 系统总体架构　　温室环境监控系统由温湿度采集模块、无线温湿度监测仪、远程上位机和相关控制设备组成。温湿度采集模块和无线温湿度监测仪共用CC2480作为控制器，利用组态王设计监控界面，对温室内的温度湿度参数实时显示，可通过监控界面了解温室内相关设备的运行状况，有利于工作人员及时掌握温室状况，系统架构如图1所示。　　SHT11传感器将采集到的温室温度值和湿度值传送到CC2480芯片中，再通过ZigBee网络将信息发送给无线温湿度监测仪，无线温湿度监测仪通过RS485总线与远程上位机相连，上位机对传来的信息进行分析，存储处理后，发送相应指令到PLC中，PLC根据接收的指令来控制加热器、喷雾器和通风机的开启或关闭。　　2 系统硬件?M成　　 传感器模块　　选择传感器主要从供电方式、供电电压、测量误差大小、信号输出方式等几个方面考虑。本监控系统数据采集选用SHT11温湿度传感器，该传感器具有响应速度快、抗外界干扰能力强、性价比高等优点。SHT11为两线数字式输出，测温范围为-40～+℃，湿度检测范围为0～100%RH，检测温度精度为±℃，湿度检测精度为±3%RH，内部结构如图2所示。　　传感器将采集到的温湿度值转换成电信号，经过放大电路放大的信号通过模数转换电路，把模拟量信号转换成数字量信号，同时对信号进行数据标定，最后通过I2C总线接口输出信号。　　 CC2480模块　　CC2480芯片是一款集低功耗和低成本等优点于一体的、支持ZigBee传输协议的射频芯片，具有较宽的电压支持范围，能够处理对时序要求严格的ZigBee协议任务，具有良好的通讯功能，能通过SPI接口或UART接口和任何类型的微处理器通信。温湿度传感器将采集到的信息传送到CC2480芯片，再经过CC2480芯片利用ZigBee无线通信方式，将信息传输到温湿度监测仪中。CC2480和SHT11的接口电路如图3所示。　　 PLC控制模块　　监控系统选择S7-300系列的PLC作为控制器，控制相关设备的启动和停止。PLC在长时间运行中能保证良好的安全可靠性， S7-300系列的PLC采用模块化设计，具有灵活的组装特性，能够根据实际需要组装不同的功能模块。监控系统选用SM322数字量输出模块来连接补光灯和喷雾器等相关设备，从而控制温室内的温度和湿度，保证植物茁壮成长。由于PLC自身带负载能力较弱，不能直接和大电流的电器连接，因此在PLC的输出端通常连接一个电流相对较小的中间继电器，再由该中间继电器和大电流电器连接。SM322和相关控制设备接线如图4所示。　　SM322模块与喷雾器、加热器、通风机、补光灯、温度报警指示灯、湿度报警指示灯和系统正常运行指示灯相连，PLC接收上位机传来的相关控制指令，驱动相应控制设备，使温室内环境保持稳定。　　3 系统软件设计　　 ZigBee传感器节点软件设计　　ZigBee技术拥有十分强大的组网能力，能够形成星型、树型和网状网3种网