一种基于ZigBee的低功耗无线温室环境监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于现代温室领域，具体地是一种基于ZigBee的低功耗无线温室环境监测系统。
【背景技术】
[0002]现代温室是设施农业的生产车间，环境监测在温室生产中具有极其重要的地位，温室环境信息的监测系统是实现其生产自动化、高效化最为关键的环节。其主要作用是及时准确地检测、反馈现场作物的生长环境状况，从而指导用户依据作物生长的要求对现场环境条件进行调节，以保证合理的温室环境，提高作物产量和品质，实现温室农业的智能化。
[0003]目前，传统方式下，大部分温室环境监测系统采用有线通讯布网方式和人工测量的方法，温室普遍布线困难、组网复杂、测量误差大、作业效率低，使用的线缆成本很高且对电力电缆的依赖性很强，不利于设备安装与拆移升级；且系统不易维护、功耗较大面积、远距离场合难以实现有效监测。
【发明内容】
[0004]本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种基于ZigBee的低功耗无线温室环境监测系统；本发明具有低功耗、低成本、数据传输稳定、实时性强及界面友好等特点，并可进一步用作后期温室作业及环境控制依据。
[0005]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]本发明一种基于ZigBee的低功耗无线温室环境监测系统，其中包括电源模块、终端传感节点、路由节点、中心节点和上位机；其结构要点是:终端传感器节点和路由节点布置到监测温室现场，然后通过USB连接中心节点与上位PC机，实现整个系统间的通信。
[0007]本发明采用上、下位机结构，所述下位机部分结构包括电源模块、终端传感节点、路由节点和中心节点；所述上位机软件部分采用基于LabVIEW软件来编写上位机程序，采集到的数据通过USB上传至上位PC机。
[0008]作为本发明的一种优选方案，所述电源模块采用3.3V锂电池供电，输出供电电压
1.8~3.6V给CC2520芯片和MSP430单片机、输出供电电压3.3V给温湿度传感器SHTll芯片和C20芯片、输出供电电压3.3V~3.5V给土壤传感器；所述电源模块采用外部12V线性电源供电给中心节点和路由节点；本发明采用电源模块化管理以便实现真正的低功耗设计。
[0009]作为本发明的另一种优选方案，所述终端传感器节点部分采用超低功耗MSP430单片机采集多环境参数与CC2520芯片数据始发的分工处理并相互通信；有效地解决了单芯片工作易发热、高能耗、数据不稳定的问题。
[0010]进一步地，所述终端传感器节点包括MSP430单片机、信号调理电路，所述MSP430单片机外部接有报警装置、IXD显示模块和ZigBee无线通信模块CC2520 ;所述信号调理电路外部连接有光照强度传感器TSL2561、温湿度传感器SHTll芯片、红外气体传感器C20、土壤湿度传感器。
[0011]进一步地，所述光照强度传感器采用TSL2561T芯片，它是一种高速、低功耗可编程内置A/D转换器的芯片，抗干扰能力比同类芯片强。
[0012]另外，本发明所述终端传感节点、路由节点、中心节点组成无线传感网络；所述无线传感网络采用自由ZigBee技术，结构包括ZigBee无线通信模块CC2520、按需分配路由节点、ZigBee无线通信模块中心节点，通过USB连接的上位PC机。
[0013]本发明的有益效果是。
[0014]本发明设计了一种新型的低功耗无线温室环境监测系统，首先利用终端传感节点对温室环境多参数进行采集，然后基于ZigBee技术构建的无线传感网络实现采集信息的单跳或多跳方式结合传输，最后由USB实现与LabVIEW编写的上位机软件的通信，并对数据进行处理。其上位机界面友好，能够实时监测温室多环境参数:
(1)低功耗系统实现，主要体现在低功耗硬件设计，节点切换休眠并延长休眠时间，改进无线传感网络数据函数；
(2)终端传感节点部分采用超低功耗MSP430单片机采集多环境参数与CC2520芯片数据始发的分工处理并相互通信，有效地解决了单芯片工作易发热、高能耗、数据不稳定的问题，现场布置显示器和报警装置，以便现场作业人员及时发现温室环境变化；
(3)利用ZigBee技术建立的无线传感网络，协议简单、自组织、体积小、节点功耗低、成本低、传输速率稳定，非常适用于温室无线传感网络环境监测系统的组网协议，通过合理的路由节点设置，采用小范围近距离星型和较远距离大范围树形的混合拓扑结构，满足较大面积、较远距离的环境监测，且依据后台服务器设置数据共享化；
(4)基于LabVIEW软件来编写系统的上位机软件，将采集到的数据通过USB上传至PC机，便于工作人员动态监测温室各节点范围环境数据的变化；同时，通过设置预警值实现越限报警，建立历史数据库，还可将数据自动生成报表，实现信息共享，便于数据分析；实验结果表明，系统具有低功耗、低成本、数据传输稳定、实时性强及界面友好等特点，并可进一步用作后期温室作业及环境控制依据。
【附图说明】
[0015]图1是本发明一种基于ZigBee的低功耗无线温室环境监测系统的电源模块图。
[0016]图2是本发明一种基于ZigBee的低功耗无线温室环境监测系统的终端传感节点结构框图。
[0017]图3是本发明一种基于ZigBee的低功耗无线温室环境监测系统的无线传感网络图。
【具体实施方式】
[0018]本发明一种基于ZigBee的低功耗无线温室环境监测系统，其中包括电源模块、终端传感节点、路由节点、中心节点和上位机；其结构要点是:终端传感器节点和路由节点布置到监测温室现场，然后通过USB连接中心节点与上位PC机，实现整个系统间的通信。
[0019]本发明采用上、下位机结构，所述下位机部分结构包括电源模块、终端传感节点、路由节点和中心节点；所述上位机软件部分采用基于LabVIEW软件来编写上位机程序，采集到的数据通过USB上传至上位PC机。
[0020]如图1所示，为本发明一种基于ZigBee的低功耗无线温室环境监测系统的电源模块图，所述电源模块采用3