基于Zigbee(CC2530)的温湿度上位机监测系统设计毕业设计.doc

基于Zigbee(CC2530)的温湿度上位机监测系统设计毕业设计.doc

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基于ZigBee技术的温湿度远程监测系统设计

学生：

陈园（指导老师：

吴琰）

（淮南师范学院电子工程学院）

摘要:

针对目前温室大棚农作物大面积种植，迫切需要科学的方法进行智能远程监测的研究现状，设计出一套温湿度远程监测系统。

该系统是有多个采集终端和一个协调控制器组成。

多个终端分别放置不同的大棚内进行实时采集数据，协调控制器的作用就是将多个采集终端通过无线传输过来的的数据进行分析并和PC机连接。

PC机上运行上位机软件实时的监测各大棚的温湿度信息。

多个终端和协调控制器均采用TI公司新一代CC2530芯片；温湿度传感器采用市场上比较流行的DHT11；无线传输采用ZigBee协议；上位机软件采用labVIEW编写，并通过RS-232与协调控制器连接通信。

通过实物测试了ZigBee无线传输的稳定可靠性，丢包率在误差范围内。

温湿度采集有0.5s延时时间，满足实时性要求。

关键词:

终端；协调控制器；DHT11；CC2530；ZigBee；上位机

DesignofRemoteMonitoringSystemforTemperatureandHumiditybasedonZigBeeTechnology

Student:

ChenYuan（FacultyAdviser：

WuYan）

（collegeofelectronicengineering,HuainanNormalUniversity）

Abstract:

Accordingtothecurrentsituationoftheresearchontheintelligentremotemonitoringofgreenhousecrops,theresearchstatusofintelligentremotemonitoringisurgentlyneeded,andasetofremotemonitoringsystemfortemperatureandhumidityisdesigned.Thesystemiscomposedofapluralityofacquisitionterminalsandacoordinatedcontroller.Multipleterminalsareplacedindifferentgreenhousesforreal-timecollectionofdata,theroleofthecoordinationcontrolleristocollectmorethanonecollectionterminalthroughwirelessdatatransmissionoverthedataanalysisandPCmachineconnection.TemperatureandhumidityinformationoperationsoftwareofPCreal-timemonitoringofthegreenhouseonPC.ApluralityofterminalsandacoordinatedcontrollerareusedinanewgenerationofCC2530chipofTIcompany;temperatureandhumiditysensorusedonthemarketmorepopularDHT11;wirelesstransmissionbasedonZigBeeprotocol;PCsoftwareusingLabVIEW,andconnectedwiththecommunicationthroughtheRS-232andcoordinationcontroller.ThereliabilityofZigBeewirelesstransmissionstabilitytestthroughthephysical,thepacketlossrateisintherangeoferror.Temperatureandhumidityacquisition0.5stimedelay,meetthereal-timerequirements.

Keywords:

Terminal;coordinationcontroller;DHT11;CC2530;ZigBee;hostcomputer

1.绪论

1.1设计背景和研究意义

现如今我国已经成为世界第一粮食生产大国，据有关统计说明，我国农作物设施栽培面积已经超过210万hm2。

提高农作物的生产效率已经成为提升中国在国际社会中发展速度的重要的因素之一。

结合我国的气候环境来说，普通的传统式耕作方式受到了限制，在某个季节只能收获特定的农作物，而且外界因素的干扰性较大，突然降温或者长时间的干旱都是影响收成的关键因素。

温室大棚的出现很好的解决了这一问题，使消费者在任何时候，任何季节都可以吃到新鲜的果蔬。

温室大棚的流行，不仅仅给消费人群带来了便利，也为生产者带来了经济利益。

但大面积的种植，如何提高生产效率和更好的监管大棚内作物的生长成了关键问题。

温室作物生长的关键问题就是如何控制好温室内的环境温湿度。

只有在合适的生长环境下，农作物才能以最佳状态生长，才能提高作物的产率。

所以，设计出如何很好的控制和监测大棚内的温湿度环境成为了关键因素。

1.2国内外发展现状

如今快节奏的生活方式，使各个大城市生鲜超市的果蔬成为了热销品，而价格却居高不下。

这些因素追根溯源都归结与温室大棚的生产效率问题。

如何提高温室大棚的生产效率问题，已经成为国内外迫切需要解决的问题。

随着市场的千变万化，物联网技术的飞速发展，温室种植规模的不断扩大，对温室生产过程的监测，调控技术的需求量日益增加，不但要管理好作物的生产品种、面积。

还要时刻关注市场，使得生产、消费处于良性状态的循环下。

过去的“十一五”期间，国内不少研究机构和农业相关单位也研究出了一系列温室监控系统。

但是，这些产品过于单一化。

只能适应于小范围的。

局域性的温室环境。

而不能满足于大面积的大棚监控。

各个环境间缺少信息的交换。

而我国温室大棚恰恰是由温室群为主。

不是很完美的解决目前的问题。

20世纪70年代，国外温室大棚生产技术以飞快的速度发展。

但由于需求和生产面积的限制，温室监控系统也只是适用于小规模的温室，但在那样的环境下，小规模的温室农作物栽培已经能满足于市场的需求，因此局域性的的温湿度监测系统已经达到要求，而考虑到我国的现状，大规模温室群已经成为主流，开发出大规模的温室群温湿度监测系统已经是大势所趋。

1.3论文设计主要内容

基于ZigBee技术的远程温湿度监测系统设计主要是针对于我国目前大棚产业的现状而设计，设计的特点是利用ZigBee技术，利用其独特的组建局域网的模式，实现将各个大棚数据汇总到一起，实时动态的监测每个大棚状态，可以减少生产人员的工作量，在没有异常的情况下，人员可以节省时间，提高工作效率。

从而达到以最小的付出收获最大的利益，这也是科技是第一生产力的最终目的。

论文的第一部分为绪论部分，详细讲述了设计该系统的背景和目的，分别介绍了国内目前温室大棚技术的现状和国外发展的状况，所以设计出一种适应于我国温室大棚的远程监测系统是迫在眉睫的。

第二部分是系统设计相关理论知识介绍，分别介绍了ZigBee技术的特点和优势，以及IAR开发环境、labVIEW软件介绍

2系统设计相关知识介绍

2.1ZigBee技术

ZigBee是近几年新兴一种的短距离、低速率、稳定可靠的无线网络技术，是无线传感网络（WSN,wirelesssensornetwork）的核心技术之一。

是基于IEEE.802.15.4无线标准研发的，关于组网、应用软件和安全的技术标准。

ZigBee的特点就是可靠性高、无人工自组网和断网自恢复能力强、多工作频段工作和开发难度相对简单[1]。

ZigBee的起源却很有意思，它的命名主要是人们对蜜蜂采蜜的观察，蜜蜂在采蜜的过程中，会跳着优美的舞蹈并发出“嗡嗡”的声音，其舞蹈的轨迹很像“Z”字形状；蜜蜂个体比较小，但是群体多，单个个体能量小，能携带花粉。

因此，我们用ZigBee技术来表示低成本，低功耗，能量小，传输速率低的无线通信技术。

在中文翻译中，通常用字面翻译来解释“紫蜂”。

在ZigBee技术中，我们学习和开发时，通常都要从层的角度去理解。

当然它也是和我们熟知的TCP/IP协议的层结构类似，但由于其本身是简单的，低功耗的，低速率的无线传输协议，所以层的结构相对TCP/IP来说要简单的多。

2.1.1协议层

蓝牙、WIFI等其他网络协议一般有7个层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

而ZigBee协议层相对简单，仅为3层，分别为PHY层、MAC层以及应用层。

PHY提供两种两种类型的服务：

即通过实体接口（PLMN）对PHY层数据和管理提供服务，PHY层数据服务可通过无线物理信道接受和发送物理层协议数据单元（PPDU）来实现[2]。

PHY层主要作用是负责无线数据的收发、数据能量的检测、信道的选择、清除信道选择（CCA）、及通过物理媒体对数据包进行收发[2]。

MAC主要的作用就是信道的管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送状态连接和断开状态的请求。

还提供一些合适的安全机制[2]。

MAC层

应用框架层

物理PHY层

网络安全层

IEEE802.15.4

ZigBee协议

图1ZigBee协议层示意图

2.1.2网络拓扑结构

ZigBee技术根据相关的应用有三种拓扑结构分别为：

星形拓扑结构、树形和网状拓扑结构。

如图2所示。

路由器

协调器

终端

星形结构

网状结构

树状结构

图2ZigBee网络拓扑结构图

星形结构是由一个协调器、多个路由器和终端组成，协调器能同时和路由器和终端组成网络通信。

其中路由器和终端不能直接通信，必须通过协调器进行转换操作，才能实现数据的交换。

网状结构与星形结构不同的是，它各路由器之间也能相互通信，各路由器又能和协调器进行数据的交换，路由器分别把终端采集的数据通过路由器的转换、通信反馈给协调器。

树状结构特点更明确，类似于等级似的数据交换，一个路由器只负责自己旗下的几个终端节点，不与其他路由器通信，只与协调器进行数据交换。

然后协调器要控制终端也必须经过他们的各自所归属的路由器。

2.2硬件芯片介绍

2.2.1CC2530芯片

CC2530是德州仪器（TI）公司专为适应物联网大潮而设计的一款专用于IEEE802.15.4无线局域网协议的专用片上系统芯片（SOC）。

能以非常低的功耗和成本建立强大的无线个人局域网节点。

与其他众多嵌入式芯片不同的是，它集成了业界领先的RF收发器，当开发者使用就无需再进行额外的无线模块外围电路的设计。

大大减小了硬件开发者难度开发者。

CC2530采用工业增强型的8051内核，内部系统带有可编程的FLASH存储器，8—K的RAM和其他MCU资源。

CC2530有四种不同的型号：

CC2530F32/64/128/256，主要是根据Flash大小区分：

32/64/128/256KB的Flash存储器。

目前广泛应用于物联网、智能家居行业。

图3CC2530芯片引脚图

2.2.2DHT11温湿度传感器

DHT11是一款价格低廉的、内部