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基于ZigBee和GPRS的温室群监测系统设计摘要：针对传统温室检测系统传输速率低、成本高、稳定性差等问题，设计了一种基于ZigBee和GPRS的温室群监测系统。该系统利用ZigBee无线传感器技术采集环境参数，通过移动通信网络发送到用户手机，用户使用应用软件APP查看相关数据，采取相应操作。实地验证表明，该系统显示数据稳定准确，使用简单方便，满足系统需求。关键词：智能温室；ZigBee无线网络；传感器；GPRSDOIDOI：10.11907/rjdk.161113中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2016）005-0126-030引言智能温室群已广泛应用在现代农业种植中。以往的温室环境检测需要埋设大量线缆，不仅影响作物耕作，而且增加投入成本，加大了维护难度[1-3]。袁洪波等[4]利用GPRS技术实现了温室环境参数的无线监测，但存在传输速率较慢、信道不稳定等问题。而基于ZigBee的无线传感器网络技术，传输稳定、功耗低、距离远，适用于温室环境监测。本文设计了一种基于ZigBee和GPRS的温室群监测系统，该系统可以远程动态监测各温室大棚内的温湿度、土壤温湿度、光照强度、二氧化碳含量等参数，用户可以根据参数变化及时作出调控，使温室环境更好地满足作物的生长需要。1系统总体设计温室群环境监测系统主要由数据采集终端、ZigBee子节点、智能主机、ZigBee转GPRS发射模块和用户终端等5部分组成。如图1所示，采集终端将得到的数据经ZigBee无线网络发送给智能主机，再由GPRS发射模块使用移动通信网络和用户终端通信，用户在移动终端通过应用软件APP实时获得温室的环境信息[5]。2系统硬件设计2.1ZigBee采集终端模块ZigBee采集终端由核心控制芯片CC2530F256搭配空气温湿度传感器、光照强度传感器、二氧化碳传感器和土壤温湿度传感器组成，各路传感器采集的相应数据通过主控芯片完成传送，如图2所示。CC2530F256是TI公司研发的一种主控芯片，内核采用加强的单周期8051CPU，配备8KB低功耗静态内存和256KB的Flash闪存。内置无线射频模块，最大功率4.5dbm。通过结合CC2592无线射频放大电路，无障碍覆盖范围可达260m，满足低功耗下无线收发需求[6-7]。外部由5V直流电源经AMS1117稳压器转换电路变为3.3V工作电压为芯片供电。空气温湿度传感器：采用CG-01室外温湿度传感器，内置高集成温湿度传感器芯片，传输距离约900m，供电电压7-24VDC，实测耗电量15mA，温度测量精度达±0.4℃，湿度测量精度达±5%，功耗低、稳定性强。光照强度传感器：采用QY-150A高精度光照传感器，光照范围0-150000LUX，供电电压9-24VDC，体积小、精度高、抗干扰能力强。二氧化碳传感器：采用KCD-AN100X二氧化碳传感器，测量范围0-5000ppm，实际平均耗电量65mA，采用双波长红外线测量，准确度高。土壤温湿度传感器：采用CG-03土壤温湿度传感器，12-24VDC电源供电，传输线路用环氧树脂密封，耐腐蚀、性价比高。CC2530F256电路如图3所示。2.2ZigBee协调器节点模块ZigBee协调器节点模块位于智能主机内部信号接收和传送部分，是各路采集终端信息传送的中心，负责信息的接收、处理以及网络的组建。模块主要由STM32F407微控制器和集成了CC2530的ZigBee模块M_SZ8构成，电路结构如图4所示。当采集器终端加入组建的ZigBee网络后，协调器和各采集终端进行“握手”通信，负责协调主机和各终端节点之间的数据通信[8-9]，并存储和处理采集的信息数据，最后通过GPRS模块发送给用户。2.3GPRS无线通信模块GPRS通信模块在智能主机内部，连接ZigBee协调器节点模块，负责将数据通过GPRS移动网络发送到用户手机[10]。其核心采用USR-GPRS232-7S2无线传输终端，内部集成TCP/IP协议栈，支持RS232和RS485接口，采用5V/2000mA直流电源供电，是一款具有四频850/900/1800/1900MHZ的GPRS通信模块。模块外围电路如图5所示。3系统软件设计系统软件主要分为：采集终端软件、智能主机软件和用户手机软件。采集终端是系统获取温室环境信息的始发站，采集终端加入ZigBee网络后，会进入低功耗待机。当智能主机需要获取数据时，向采集终端发送一个请求，终端收到请求即进入采集数据状态，采集完毕后向主机发送数据包。当主机完成数据接收后，采集终端再次待机等待下次请求。软件流程如图6所示。智能主机是系统数据交汇的核心，采用Z-stack-CC2530协议栈开发。智能主机首先会初始化协议栈和各节点并组建网络，等待各采集终端请求加入