基于ZigBee组网控制的温室大棚环境监控系统

针对温室大棚在农业领域越来越得到广泛推广，数字化采集环境因素需求越来越得到重视，设计了基于ZigBee组网控制的温室大棚环境监控系统。系统主要由温湿度采集电路、光强传感器电路、ZigBee无线传输电路、电源管理电路、GSM数据传输电路等组成。通过SHT20温湿度采集传感器以及BH1750光强传感器采集环境因素，将各节点的环境因素通过ZigBee无线传感网络汇总处理，并永久保存至云端服务器,用户通过智能手机终端可以实时监测各项数据。测试结果表明，系统实现了对大棚内环境参数的采集、处理、传输、保存功能，具有低功耗、操作简便、体积小等特点，对用户在日常大棚中环境因素的采集起到方便管理以及便于维护的功能。

温室是目前现代农业[1]领域重要的组成部分，也是我国农业发展的重点之一。人为的通过模拟改变生物生长的气候条件，在农作物不适合生长的季节中得到生长，一定程度的摆脱了自然环境下作物对环境的依赖性，这是温室大棚所带来的极大好处。与此同时，大棚的核心功能就是能够为农作物提供与外界不同的温湿度和光照度。这些环境因素直接影响了作物的发展。目前，温室的数据采集大多通过人工和有线模式进行采集，这种采集方式的缺点也是显而易见的。人工采集的工作量相当大，采集的实效性不高，无法做到定时定点的采集。同时有线采集技术相对成熟稳定，但在投入资本以及维护方便需要耗费很大的精力物力，且抗干扰能力也差，并且系统的可扩展性低，不利于各方面的优化。随着无线传感器网络(Wireless Sensor Networks)技术[2]的日益成熟， 现代农业中开始采用无线传感器网络技术构建温室大棚环境监测系统。

无线传感器网络是一种结合了传感器技术、信息处理技术和网络通信技术的大规模多跳的自组织网络。

它的结构组成主要由分布在给定区域内功能不同的无线传感器节点组成， 每个节点都具有数据采集、处理和传输的功能，节点之间通过特点的网络协议实现信息的交流汇聚和处理[3]。体积小、造价便宜以及功耗低等各方面的特点，把无线传感网络引入至现代农业中会发挥其重要的作用。通过其智能化管理与功耗低的特性，可以大幅提供劳动生产率和作物产出率，改善温室内的环境条件。

与此同时，传感器终端节点是WSN 系统的重要组成单元，它的工作寿命影响着整个网络的工作寿命。目前的基于WSN 无线传感器技术的方案还有诸多缺陷，如：频率的利用率低导致系统的不稳定， 传输数据少且不稳定，信号传输的距离短等问题。本文采用环境能量收集技术[4]从周围环境中源源不断地采集可用能量，让传感器终端节点具有能量自供给的能力。同时解决了信号不稳定导致的传输数据误差大以及传输数据近等缺点。考虑到如今手机端应用的普遍性，文献[5]介绍了采用PC 端 + ZigBee 网络节点方式进行设计，本文提出通过采用手机App + 节点数据采集端+协调器数据处理端方式进行开发， 具有功能更多，成本更低，使用更方便快捷的特点，使用户不通过电脑，只要手机就能完成环境因素的监控功能，带来更好的用户体验。