摘 要： 针对智慧农业温室环境参数采集与控制的自动化程度低的问题，设计了基于ZigBee标准的温室环境控制仪表。该仪表以单片机为控制中心，CC2420射频芯片作为无线传输模块，实现了温室环境参数的自动调控功能。重点介绍了仪表的总体方案、硬件电路和软件设计，并做了实验测试。实验结果表明，该仪表能够实时地进行温室环境的检测和控制，且具有低成本、高可靠性等特性。

　　关键词： 智慧农业；温室；控制仪表；ZigBee；单片机

0引言

　　智慧农业是指集成应用计算机与网络技术、物联网技术、音视频技术、3S技术、无线通信技术及专家智慧与知识，实现农业可视化远程诊断、远程控制、灾变预警等智能管理[1]。发展智慧农业，可以有效提高作物产量，节省时间和资源，最大限度地减少不必要的人力、财力。

　　要实现高水平的温室生产，温室生物环境调控是关键。本文设计的基于ZigBee标准的温室环境控制仪表[2]，不仅能实时地实现温室环境参数采集，还能有效地实现温室环境的自动调控、仪表的无线传输功能，为智慧农业的实施奠定了基础。

1 仪表总体方案设计

　　温室环境的主要控制对象为温室内的空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照度，执行机构有加热系统、喷淋系统、排风扇、CO2发生系统、补光系统、遮阳网。温室环境控制仪的总体结构框图如图1所示。

　　控制中心采用SM79108单片机，由温湿度传感器、CO2浓度传感器、光照传感器等完成对温室环境参数的采集，并根据内置算法进行数据处理、输出控制等。温湿度传感器、CO2浓度传感器、光照度传感器作为一组传感器，一个控制器最多可以带32组，依据温室的规模、结构等因素决定一个温室内安放多少组传感器。

2 仪表硬件电路设计

　　仪表的硬件设计主要分为单片机键盘显示及存储电路、传感器接口电路设计、无线通信电路设计和执行机构驱动电路设计四大部分。

　　2.1 单片机键盘显示及存储电路设计

　　仪表的处理器采用低价格、低功耗、具有精简指令的8位SM79108单片机，3.3/5 V工作电压。它内含8 KB的闪存和256 B的片内RAM，内置4通道8位ADC转换，并带有看门狗定时器，能够实现全双工串行通信，兼容51系列单片机。SM79108的液晶显示、键盘电路和外部存储器电路设计如图2所示。

　　键盘电路采用独立键盘的方式，用于实现参数阈值的预设和执行机构的手动控制。显示电路采用内置ST7920P驱动的128×64点阵型液晶显示屏OCM12864-9，用于显示系统采集到的当前温度、湿度、CO2浓度、光照强度等参数。外部存储器采用4 KB的E2PROM存储芯片25C040，通过SPI接口与单片机相连，用于系统掉电保护。

　　2.2 传感器接口电路设计

　　空气温度、湿度的采集选用温湿度一体的传感器SHT10，它可对温度及相对湿度值进行全校准，且具有数字输出接口。技术指标：工作电压：2.4 V~5.5 V；温度测量范围：-40℃～+123.8℃，精度：±0.5℃；湿度测量范围：0～100%RH，精度：±4.5%RH。

　　CO2浓度的采集选用红外二氧化碳传感器B-530，它利用单波非色散红外原理（NDIR）对空气中的CO2进行检测。技术指标：测量功率电感器生产厂范围为0~10 000 ppm，检测精度为±5%，使用寿命长达10年。

　　SHT10、B-530均通过I2C串行接口与单片机连接，接口电路如图3（a）所示。

　　光照度的采集选用TI公司的TSL230B可编程光—频率转换器，它将光辐照度信号转换为相应的脉冲频率。TSL230B与单片机的连接电路如图3（b）所示。S0、S1为灵敏度控制端，S2、S3为满量程选择端，OUT为频率信号输出，进入单片机的捕获输入，通过计算两次捕获时间内计数器的数值差，计算出输出频率，对照TSL230B的频率-能量关系曲线图，得到光照强度。

　　2.3 无线通信电路设计

　　根据安装和通信距离要求，采用低功耗、低速率、低成本的双向无线通信ZigBee技术[3]。通信模块采用CC2430射频芯片[4]。 大功率电感厂家 |大电流电感工厂