基于Zigbee技术的温室监控系统设计

　　0 引言

　　随着现代农业的发展，精良化农业生产的概念开始为大多人所接受，其中最有代表的就是温室大棚技术，温室大棚技术不但可以反季节生产农产品，而且还具有高产出、低虫害、无污染等众多优点。但大量引入温室大棚的同时，一系列的新问题也随之而来，如：单靠人力无法完成温室大棚内的温度、光照及灌溉等如此繁重复杂监控任务，因此国内外兴起了对温室大棚设施的远程监控系统的研究，其中无线通信技术的快速发展也为便捷、快速、远程的温室大棚监控系统实现提供了可能。近年来在国内外的市场上出现了众多采用GPRS技术的温室大棚监控设备，该技术和设备具有传输信息量大、可远程操控及具有较高的可靠性，但其设备造价和通信费都较高，因而很难得到广泛推广。因此笔者开发了一种基于Zigbee技术的温室大棚监控系统，该系统具有低功耗、低成本、高可靠性、低复杂度、安装维护简单和扩展性强等优点，为温室大棚监控系统的推广提供了一个不可多得的平台。

　　1 Zigbee无线通信技术系统结构

　　Zigbee是符合IEEE 802.15.4标准的新兴无线网络通信协议，其发起组织Zigbee联盟于2004年底发布了最早的1.0版本规范，之后相继推出了Zigbee2006和Zigbee PRO两个升级版本。有关Zigbee的产品还大多处于研究阶段，但鉴于其众多的优点，相信不久，基于Zigbee技术的产品将会得到迅速普及应用。

　　1.1 Zigbee技术的主要特点

　　1)低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。

　　2)低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求。

　　3)低速率。在2.4 GHz的工作频率下可提供250 kbps的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

　　4)近距离。相邻节点之间传输范围一般介于10～100 m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1～3 km。

　　5)短时延。Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15 ms，节点连接进入网络只需30 ms，进一步节省了电能。

　　6)高容量。Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，一个主节点可管理多达254个子节点。

　　7)高安全。Zigbee提供了三级安全模式。

　　8)免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段。

　　1.2 Zigbee协议的系统结构

　　Zigbee协议的系统结构如图1所示。

　　本设计所采用的主控制器是由美国TI公司生产的CC2430无线单片机，该单片机承载了Zigbee技术的片上系统(SoC)，属增强型的51单片机，是高度整合了的系统级射频收发器，其主要特点如下：