基于ZigBee的大棚植物生长环境调节系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ZigBee的大棚植物生长环境调节系统，包括近距离ZigBee组网通信模块、电源管理模块、FPGA控制器、GPRS模块、手机终端、温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器、土壤pH值变送器及土壤电导率传感器，近距离ZigBee组网通信模块由ZigBee终端节点模块和ZigBee协调器组成；FPGA控制器分别与ZigBee协调器、GPRS模块连接；GPRS模块与手机终端网络连接，FPGA控制器的输出端依次连接有排气扇、水泵、加湿器、制冷风扇、加热片、自动遮阳布及视频监控模块；所述Zigbee终端节点分别与温湿度传感器、土壤湿度传感器、光强度传感器、CO2浓度传感器、土壤pH值变送器及土壤电导率变送器连接。本发明专利技术使农户无需到现场就可获取植物生长环境实时信息并自动进行调节。

Regulation System of Plant Growth Environment in Greenhouse Based on ZigBee

【技术实现步骤摘要】
基于ZigBee的大棚植物生长环境调节系统
本专利技术属于智能识别检测以及控制领域，适用于现代农业中的大棚
尤其涉及一种基于ZigBee的新型大棚植物生长环境调节系统，该系统中的大棚环境参数的测量，涉及到信号传感检测技术；系统中的自动温度控制和报警模块，涉及信号的处理技术；系统检测的信息通过GRPS模块可以传送到手机等终端设备，涉及到无线数据通信技术。
技术介绍
随着人们生活质量的不断提高，对水果蔬菜的需求也不断增加，建设现代化的农业生产大棚成为满足人们日益增长的物质需要的必然。农业大棚中的温度湿度，光照强度，二氧化碳浓度以及土壤的盐分含量等等是影响农作物生长的重要指标。因此，要提高农作物的产量和质量，就需要实时对这些环境指标进行检测，并且能对相关的指标进行调整，使农作物能够在一个适宜的环境之中。目前来讲，我国大部分的农业大棚监测系统采用的还是传统的有线传输，来实时获取相关的指标信息。这种方式，不能保证数据的有效性和实时性，并且线路容易损坏，效率也比较低，比较浪费人力和财力。同时，有线传输方式易受环境因素的影响，局限性相当明显。目前，无线传感技术不断取得进步，已经在很多重要的领域中发挥着不可替代的作用。ZigBee是无线网络技术的一种，主要应用于近距离无线传输领域。它集成了单片机的内核，低成本，低功耗，网络容量大，安全性高，成为大棚无线传感的首选。而GPRS技术主要应用于远距离通信中，不受环境因素的影响，同时覆盖范围广，在大棚
也有着重要的作用。随着自动化技术的快速发展，目前很多的科研工作者尝试着在大棚监控系统中融入自动化技术，这样不但能够提高农业生产率，还能确保农作物拥有一个良好的品质，进而增加劳动者的收入。基于ZigBee无线网络的使用，可以实现对环境的实时监控，并可根据作物的成长需求设置合理的环境参数，智能地调控相关指标，使得农作物有良好的生长状态，提高农作物存活率，减少病虫危害，实现大棚技术的智能化，提高经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于ZigBee的新型大棚植物生长环境调节系统，该系统通过多种环境检测传感器采集大棚环境信息、环境自动调节和ZigBee和GPRS无线通信技术，可以有效地解决人力管理存在的不足，实现真正意义上的大棚管理全自动化。实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种基于ZigBee的大棚植物生长环境调节系统，该系统包括近距离ZigBee组网通信模块、电源管理模块、FPGA控制器、远距离GPRS模块、手机终端、温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器、土壤pH值变送器及土壤电导率传感器，所述近距离ZigBee组网通信模块由ZigBee终端节点模块和ZigBee协调器组成；所述FPGA控制器对应的输入端口与ZigBee协调器的两个串口相连接，所述FPGA控制器对应的输出端口与GPRS模块的两个输入串口连接；所述远距离GPRS模块与手机终端通过4G互联网络连接；所述电源管理模块的输出电压管脚与FPGA控制器的电源输入端口连接；所述FPGA控制器的输出端对应端口上依次连接有排气扇、水泵、加湿器、制冷风扇、加热片、自动遮阳布及视频监控模块；所述Zigbee终端节点对应的输出管脚分别与温湿度传感器、土壤湿度传感器、光强度传感器、CO2浓度传感器、土壤pH值变送器及土壤电导率变送器连接；所述ZigBee协调器与ZigBee终端节点通过ZigBee数据传输协议进行通信；其中：所述制冷风扇与加热片构成大棚温度的恒温控制；所述视频监控的输出对应端口与报警灯的输入端口连接；本专利技术中所述FPGA控制器采用赛灵思公司的7系列FPGA控制器AX7035；所述温湿度传感器型号为STH11；所述土壤传感器型号为YL-69；所述光强度传感器型号为BH1750；所述CO2浓度传感器型号为MG811；所述土壤PH值变送器型号为RS485土壤PH值变送器；所述土壤电导率变送器型号为YJ-SA602数字型土壤电导率变送器；所述视频监控模块采用高精度摄像头OV5640；所述报警模块采用SL-79型号的红色报警闪烁灯；所述GPRS模块采用SIM900A模块；所述电源模块采用LDO芯片BL8555-33PRA；所述ZigBee终端节点和ZigBee协调器均连接有TI公司生产的CC2530芯片。所述CO2浓度传感器输出端口与ZigBee终端节点之间有温度补偿电路和阻抗变换电路。所述CO2浓度传感器MG811输出端口与温度补偿电路的输入连接，所述阻抗变换电路的输出端口与终端节点输入连接；所述温度补偿电路和阻抗变换电路具体形式为：温感电阻R1一端与CO2浓度传感器输出连接，另外一端与电源端VCC连接；电阻R2一端与CO2浓度传感器输出连接，另外一端与GND连接；变换线圈U1一端与电源端VCC连接，另外一端与GND连接；变换线圈U1变换后的输出与阻抗转换运算放大器U2的脚3连接，阻抗转换运算放大器U2的脚4与GND连接；电阻R3的一端与阻抗转换运算放大器U2的脚2连接、另一端与GND连接；电阻R4一端与阻抗转换运算放大器U2的脚2连接、另一端与阻抗转换运算放大器U2的脚6连接；滑动变阻器R5一端与阻抗转换运算放大器U2的脚5连接，一端与阻抗转换运算放大器U2的脚1连接、滑动端与阻抗转换运算放大器U2的脚4连接；芯片U3的脚5与阻抗转换运算放大器U2的脚6连接，芯片U3的脚2为输出脚；滑动电阻器R6一端与GND连接、另一端与电源端VCC连接、滑动端与芯片U3的脚4连接；电容C1一端与芯片U3的脚5连接、另一端与GND连接；电容C2一端与芯片U3的脚2连接、另一端与GND连接。所述CC2530芯片外部连接有RF射频天线。所述AX7035控制器内写有排气扇、水泵、加湿器、制冷风扇、加热片、自动遮阳布及视频监控模块的控制程序以及与ZigBee协调器和GPRS模块的通信程序。所述温湿度传感器、土壤湿度传感器、光强度传感器、CO2浓度传感器、土壤PH值变送器、土壤电导率变送器分别用于测量大棚内空气的温度和湿度，大棚内土壤的湿度，大棚内的光照强度，大棚内的二氧化碳的浓度，大棚内土壤的PH值以及大棚内土壤的盐分这些物理参数。所述手机终端是用JAVA程序编程的上位机软件APP。本专利技术的的优点是：1．本专利技术采用的是可编程逻辑器件FPGA作为主控芯片，有着强大的并行处理能力，同时控制器的功耗低。2．与现有技术相比，本专利技术的检测可以做到全天时全天候，并且系统有着很强的抗干扰能力，检测指标可靠性高。3.本专利技术自动控制水平高，调控精确，特别是结合制冷风扇与加热片，使得大棚能处于恒温的状态，效率高，可以做到实时控制。4.本专利技术采用短距离无线通信方式ZigBee和远距离无线通信方式GPRS结合的方法，检测覆盖范围广，且有完善的上位机系统，方便查阅相关指标和进行远程控制。5.本专利技术功能丰富，智能化，性能可靠，操作简单，同时系统具有很高的集成度。附图说明图1为本专利技术系统结构框架图；图2为本专利技术ZigBee终端节点组成图；图3为本专利技术ZigBee组网流程图；图4为温度补偿电路和阻抗变换电路原理图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术进行详细描述。为了使大棚农业生产中的工作人员不用亲自去现场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ZigBee的大棚植物生长环境调节系统，其特征在于，该系统包括近距离ZigBee组网通信模块、电源管理模块、FPGA控制器、远距离GPRS模块、手机终端、温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器、土壤pH值变送器及土壤电导率传感器，所述近距离ZigBee组网通信模块由ZigBee终端节点模块和ZigBee协调器组成；所述FPGA控制器对应的输入端口与ZigBee协调器的两个串口相连接，所述FPGA控制器对应的输出端口与GPRS模块的两个输入串口连接；所述远距离GPRS模块与手机终端通过4G互联网络连接；所述电源管理模块的输出电压管脚与FPGA控制器的电源输入端口连接；所述FPGA控制器的输出端对应端口上依次连接有排气扇、水泵、加湿器、制冷风扇、加热片、自动遮阳布及视频监控模块；所述Zigbee终端节点对应的输出管脚分别与温湿度传感器、土壤湿度传感器、光强度传感器、CO2浓度传感器、土壤pH值变送器及土壤电导率变送器连接；所述ZigBee协调器与ZigBee终端节点通过ZigBee数据传输协议进行通信；其中：所述制冷风扇与加热片构成大棚的恒温控制；所述视频监控的输出与报警模块的输入连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee的大棚植物生长环境调节系统，其特征在于，该系统包括近距离ZigBee组网通信模块、电源管理模块、FPGA控制器、远距离GPRS模块、手机终端、温湿度传感器、土壤湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器、土壤pH值变送器及土壤电导率传感器，所述近距离ZigBee组网通信模块由ZigBee终端节点模块和ZigBee协调器组成；所述FPGA控制器对应的输入端口与ZigBee协调器的两个串口相连接，所述FPGA控制器对应的输出端口与GPRS模块的两个输入串口连接；所述远距离GPRS模块与手机终端通过4G互联网络连接；所述电源管理模块的输出电压管脚与FPGA控制器的电源输入端口连接；所述FPGA控制器的输出端对应端口上依次连接有排气扇、水泵、加湿器、制冷风扇、加热片、自动遮阳布及视频监控模块；所述Zigbee终端节点对应的输出管脚分别与温湿度传感器、土壤湿度传感器、光强度传感器、CO2浓度传感器、土壤pH值变送器及土壤电导率变送器连接；所述ZigBee协调器与ZigBee终端节点通过ZigBee数据传输协议进行通信；其中：所述制冷风扇与加热片构成大棚的恒温控制；所述视频监控的输出与报警模块的输入连接。2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的大棚植物生长环境调节系统，其特征在于，所述CO2浓度传感器输出端口与ZigBee终端节点之间设有温度补偿电路和阻抗变换电路；所述CO2浓度传感器输出与温度补偿电路的输入连接。3.根据权利要求2所述的基于ZigBee的大棚植物生...

【专利技术属性】
技术研发人员：张润曦，周洲，石春琦，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31