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基于物联网的温室大棚智能监测系统设计

张慧颖

【摘要】针对传统温室大棚参数监测存在繁琐的布线问题,设计了基于新型物联网

技术的温室大棚智能监测系统.该系统以CC2530无线传输模块结合温湿度传感器、

光照传感器和CO2浓度传感器构成无线采集节点,对温室环境参数进行检测;检测

数据通过由ZigBee模块构成的路由节点选取最优路径实现数据的无线传输;采用

STM32作为核心处理器设计嵌入式网关,并利用GPRS技术将现场检测到的数据实

时传送给监测中心,实现对温室环境的实时监测和报警.结果表明,该系统运行稳定、

测量准确、网络覆盖性好、布点灵活、低功耗并且使用方便.

【期刊名称】《湖北农业科学》

【年(卷),期】2014(053)014

【总页数】6页(P3402-3406,3411)

【关键词】物联网;温室大棚;CC2530;传感器;GPRS

【作者】张慧颖

【作者单位】吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林132022;长春理工大学

电子信息工程学院,长春130022

【正文语种】中文

【中图分类】TP274

随着现代科学技术的发展，农业技术智能化也迅速发展，温室大棚智能化发展已经

成为必然趋势。农作物在生产过程中对环境参数要求较多，如环境温湿度、光照度、

CO2浓度等。传统的温室监测系统采用有线形式，不仅增加了温室线路的繁杂程

度，而且不利于农作物生长。因此，本研究结合物联网技术设计了温室大棚无线智

能监测系统，以CC2530无线传输芯片和传感器构成采集终端节点，由ZigBee技

术组建无线网络实现监测数据的无线传输；采用STM32为中央处理器设计嵌入式

网关并通过GPRS网络将采集到的温室环境参数传输到监控中心，用户可以通过

上位机界面实时观察检测数据，进而对环境结果做出分析，实现对温室环境的监测

与调控。

1系统总体方案

系统由上位机PC机、GPRS通信电路、网关、路由节点和终端采集节点等部分组

成，结构图如图1所示。由图1可知，ZigBee无线传输模块搭载环境检测传感器

模块构成终端无线采集节点，属于物联网中的感知层；温室内放置无线采集终端设

备，设备中传感器模块用于采集温室中的温湿度、光照度、CO2浓度等参数；数

据采集后，经过格式转换由ZigBee采集节点将数据传输到ZigBee协调器节点上。

协调器节点的任务是完成网络的组建和配置工作，并实现数据的汇集也叫汇聚节点。

网络层包括ZigBee无线数据传输网络和GPRS无线服务网络，用于数据的无线传

输与收发。位于应用层的是监测中心和手持设备，在该层主要实现前端感知节点与

用户的交互。用户可以在PC机或手持设备上实时观察到监测数据，也可以通过上

位机或手持设备发送控制命令，对温室大棚进行控制［1，2］。

图1系统结构图

2系统硬件电路设计

系统的硬件电路主要由无线传感节点、协调器节点、控制单元和GPRS通信模块

及上位机工作站组成，硬件电路图如图2所示。传感器模块和无线通信模块构成

无线传感节点，在ZigBee平台下完成温室环境参数的采集和无线传输数据的功能；

控制终端是中央控制单元，由起到协调器功能的ZigBee无线模块和STM32核心

处理器组成，传感器模块检测的结果通过ZigBee无线网络传输到ZigBee协调器

节点上，协调器节点通过串口将数据传递给以ARM处理器为核心构成的主网关上。

采用Internet／GPRS通信模块结合GPRS网络技术，实现监测数据通过Internet

网络与上位机之间的通信［3］。

2.1传感器单元设计

要完成对温室环境温湿度、光照度和CO2浓度等参数的检测，因此传感器的选取

至关重要。采用数字式温湿度传感器SHT15实现温室环境温湿度的检测。由于

SHT15内部集成14位A／D，采用I2C总线接口传输数据，因此只需将SHT11

的SCK和DATA引脚与CC2530I／O接口相连就可以完成温湿度的检测。

图2硬件电路图

植物生长过程中要进行光合作用，光照是植物进行光合作用的必要条件，而且不同

植物以及植物不同生长阶段对光的需求也不一样。该系统采用16位串行输出数字