基于ZigBee和LabVIEW的土壤温湿度监测系统设计

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1、2015年8月农机化研究第8期基于ZigBee和LabVIEW的土壤温湿度监测系统设计aabaac王丽，张华，张景林，刘文礼，苗凤娟，陶佰睿(齐齐哈尔大学a．通信与电子工程学院;b．网络信息中心;c．计算中心，黑龙江齐齐哈尔161005)摘要:针对目前土壤温湿度监测系统中存在的有线网络及人工抽样监测方式存在的成本高、灵活性差的问题，设计了一种基于无线传感器网络Zigbee和LabVIEW的土壤温湿度监测系统。系统的传感器终端节点、路由节点、协调器节点都以CC2530为核心，终端节点采集温湿度后，将数据无线发送到路由节点，然后再转发到协调器节点，协调器节点

2、将数据处理后传递到上位机进行监测。上位机界面采用LabVIEW软件开发，可实现实时数据显示、历史数据回读和报警设置及实现等功能。实验结果表明，该系统采集数据较准确、成本低，解决了现有土壤温湿度监测系统存在的问题。关键词:土壤温湿度监测系统;无线传感器网络;Zigbee;LabVIEW中图分类号:TP274．5;S237文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)08－0194－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.08.044终端节点组成。系统结构图如图1所示。在此结构0引言网络中，协调器节点位于网络的中心位置，终端节

3、点我国是一个农业大国，土质情况和作物生长状况通过ZigBee技术和协调器完成信息的交互，协调器负对于农业十分重要。两者的测量和研究对于掌握土责建立网络及保证网络的稳定运行;作为整个系统的［6］质变化的规律、作物生态状况的检测和预报具有重要核心，其通过ＲS－232与上位机进行通信。意义。在传统农业的生产中，如果需要检测土壤的土质状况、作物生长的进展，常常使用人力或者没有通信能力的设备，这样的方法显然不够方便、快捷，也无法做到实时测量。作为一种低成本、低功耗的无线通信技术，ZigBee的出现有效地解决了无线通信领域造价和耗费较大的问题，并且能够代替有线数据传

4、输。在国内外，不同农业环境的监测都已经使用了无线传感网络技［1－4］术，将其应用在土壤温湿度监测系统中，可以轻松实现对土壤温湿度的快速实时测量，也可以对农作图1系统结构图物的各个成长阶段的情况进行监测。传感器节点采Fig．1Thesystemstructurediagram集到的数据可以通过ZigBee无线传感器网络进行无终端节点在该系统内为各种不同的传感器节点，线传输，用户在电脑前就可以掌握土壤温湿度的情节点上安装温度、湿度传感器，主要用于土壤温湿度况，相较于传统的有线网络及人工抽样监测方式，降数据的采集工作，随后将数据发送至路由节点。路由［5］低了成

5、本，这种方式将会加快农业生产的步伐。节点具有转发数据功能。实际中，可根据监测土壤面积的大小来调整传感1系统整体设计器节点的数量;当所需监测的区域较大时，可增设多ZigBee网络具有星型、树形及网状3种网络拓扑个终端节点即传感器节点来保证数据的完整性;而当结构。本文采用星型结构，由协调器、路由器和监测区域较小时，可使用较少的节点以节省资源。所有的数据最后汇聚到上位机，上位机是系统的收稿日期:2014－08－08数据处理和管理中心。上位机管理平台软件采用基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12531774)作者简介:王丽(1982－)，女，黑龙江齐齐哈

6、尔人，讲师，硕LabVIEW2012编写，可以实现对数据的处理、存储、士，(E－mail)wangli2524897@163．com。显示及报警功能。·194·2015年8月农机化研究第8期dedWorkbench。Z－Stack被安装在IAＲ开发环境的2硬件系统设计工程内，IAＲ不仅可以编译及下载程序，而且还能与2．1核心处理模块编程器一起跟踪调试或监控寄存器。由IEEE802．传感器节点可以实现数据处理和通信功能。以15．4标准可把Z－Stack进行分层。在协议栈内，PHYTI公司的ZigBee片上射频芯片CC2530F25为处理核层和MAC层处于最

7、低层的位置，与硬件有着密切的心，芯片上集成了8051内核、数模转化及USAＲT等，联系;NWK、APS、APL层位于PHY层和MAC层上方，兼容ZigBee的协议栈。片上所有资源均可使用，节点且与硬件无任何联系。此分层的结构会使用户立即上配有电池盒，具有很高的性价比，是一种高集成的了解整体结构，为系统的设计带来了很大的便利。解决方案。CC2530拥有庞大的快闪记忆体，多达256个字节，支持ZigBeePF4CE，是首个满足兼容的协议栈;其更大的内存将芯片无线下载变为现实，且支持系统编程。2．2传感器模块采用抗腐蚀的专业土壤湿度传感器TDＲ采集土壤湿度信息

8、。该传感器采集到的土壤湿度信息十分图3协调器节点结构框图精确。其抗腐蚀氧化、测量