摘要：本体系选用CC2530芯片为中心装备，以温湿度传感器SHT75、计算机监控体系等部件，经过单片机与智能传感器相连，收集并存储智能传感器的丈量数据，并经过RS485总线来完成PC上位机与单片机操控模块半双工串行通讯。依据ZigBee技能规划的智能温湿度收集体系，可全天候实时监控温室内的空气温度和湿度信息，具有实时性高、低功耗、有用规模大、本钱低、可靠性高级特色。
关键词：温湿度传感器；CC2530；数据收集；实时监控
温室农业经济效益高，远景被遍及看好，是我国农业的重要开展方向之一。然而在温室的监控方面，现在很大程度上仍是处于人工收集、手艺处理信息的阶段，功率十分低下。跟着信息技能的推行，依托计算机和通讯科学的智能化办理温室环境是温室开展的必然趋势。
ZigBee技能是一种使用于短间隔规模内，低传输速率下的各种电子设备之间无线通讯技能，是一组依据IEEE同意经过的802．15．4无线规范研制开发的，这就确认了能够在不同制造商之间同享的使用大纲。Zigbee兼容的产品作业在2．4 GHz这个全球通用的免费敞开频段，这个频段供应了16个传输信道，每次通讯都会自主挑选一个最洁净搅扰最小的信道进行数据传输。一起ZigBee是一个由可多到65 000个无线数据传输模块组成的无线数据传输网络渠道。依据ZigBee技能规划的智能温湿度收集体系，可全天候实时监控温室内的空气温湿度等信息，具有实时性高、低功耗、有用规模大、本钱低、可靠性高级特色。
1 温湿度收集体系的总体规划
本体系选用智能传感器SHT75和CC2530芯片构成，经过SHT75对环境内的温度、湿度参数实时检测，经传感器芯片内A／D转化器转化成对应的二进制值存储于芯片的RAM中，CC2530芯片经过发送读取温湿度传感器温湿度指令码，温湿度传感器就回来对应的参数值，本体系带RS4 85通讯接口可衔接监控主机或PC，经过监控主机或PC来实时检查当时温度和湿度值，并可在监控主机或PC上设置报警参数以便实时监控环境温度和湿度值。体系功用模块框图如图1所示。
2 温湿度收集体系的硬件规划
2．1 数据收集单元
鉴于丈量环境特殊要求，温湿度检测模块不可能做得很大，并且体系要求呼应活络，丈量精度要高：温度小于等于±0．3℃，湿度小于等于±1．8％，安稳功用杰出，因而选用了瑞士出产的SHT75温湿度传感器。SHT75具有准确露点丈量、全量程标定、呼应时间短、可彻底浸没水中、丈量精度高和安稳性好等长处。SHT75的供电电压规模为2．4～5．5 V，典型供电电压为3．3 V。在电源引脚之间需加一个100μF的电容，用以去耦滤波。
2．2 无线通讯单元
体系的无线通讯模块首要选用CC2530芯片，该芯片选用2．4 GHz频率，IEEE 802．15．4规范，Zigbee技能，具有极高的接纳活络度和抗搅扰功用，能够以十分低的资料本钱树立强壮的网络节点。CC2530结合了抢先的RF收发器的优秀功用，业界规范的增强型8051 CPU，体系内可编程闪存RAM等功用。C2530具有32／64／128／256KB 4种不同的闪存版别，本体系选用的是256 KB闪存。CC2530在使用时所需的外部元件很少，两个32 MHz的晶振、几个电容和电感元件就可组成一个高可靠性的收发体系，规划简略且本钱较低。
CC2530具有多种运转形式，本规划用到其间的3种形式：发射形式、接纳形式和休眠形式。3种运转形式之间的转化时间短以保证了低能耗，CC2530在休眠状况时，电流仅为1μA。CC2530的定时器1是一个16位定时器，具有定时器／脉冲宽度调制(PWM)功用。每个计数器捕获通道能够用作一个PWM输出或捕获输入信号边缘的时序。定时器2是专门为支撑IEEE802．15．4 MAC或软件中其他时槽的协议规划。定时器3和定时器4是8位定时器，具有定时器／计数器／PWM功用。
CC2530芯片的无线射频收发原理为：把接纳到的RF信号经过低噪声放大器(LNA)和功率放大器(PA)，进行积分转化，输入到混频器中，再经过频率合成器和90度的相位转化，以及模数转化(ADC)，调制解调(Modem)和同步信号校准(FEC)、信息包处理，然后送入RX／TX中，再经过嵌入式的微操控单元(MCU)进行数据的传输。
2．3 通讯接口
数据收集包括单片机对温湿度传感器数据收集，还包括PC对单片机数据收集和处理。体系选用的是RS485接口，它是一种半双工串行通讯接口，选用了平衡差分的传输形式，比RS232接口进步了传输的速率和添加了传输间隔，现在广泛运用于数据收集通讯体系。
2．4 电源电路
体系的电源部分选用蓄电池与光能互补供电办法，使用太阳能为电源蓄电池进行充电。为了充分使用电源并削减替换蓄电池次数，本体系多选用低功耗芯片，并在程序中添加休眠程序和无线长途唤醒程序，最大极限地下降体系功耗。
2．5 硬件原理图
硬件电路的规划选用Protel DXP 2004开发工具，依据CC2530芯片的特性，体系硬件电路原理图如图2所示。在本电路中CC2530既承担着CPU的功用又承担着通讯模块的效果。SHT75把收集到的温室环境中的温湿度模拟信号转化成相应的数字信号并传给CPU，CPU将接纳到的温湿度数字信号进行贮存，等候主机发送播送，得到主机指令后，从机CPU将数据无线发送给主机。
该原理图的首要外围元件功用为：偏置电阻R3用于设置一个准确的偏置电流；去藕电容C1用于供应PCB板准确的功率供应；C15、C16和C17、C18分别为晶体X1和X2的负载%&&&&&%。RF端口由C9、C10、L2和L3一起组成不平衡变压器，用于芯片不同RF端口信号转化成单个RF信号，再经过一个π型LC滤波器(C13、C14、L4)的效果，终究输出50欧姆的RF信号，和天线到达最佳的阻抗匹配。
3 温湿度收集体系的软件规划
本体系软件规划选用结构化和模块化规划办法，便于功用扩展。软件开发环境挑选IAR Embedded Workbench for MCS-51 7．51A作为Zigbee开发的IDE，在TI Z Stack协议栈的基础上，编写了体系的使用程序代码，用VC编写上位机程序。
体系上电今后，初始化I／O口，敞开看门狗，读取存在EEPROM中的变送器地址值并将读取的地址值进行校验，如校验正确则进入正常形式运转，温度和湿度采样分隔履行，每次只采样一个温度值或一个湿度值，经过定时器累计计时使温度和湿度的读取进行轮巡，主机经过RS485通讯接口可拜访变送器的温度和湿度值，还能够设置变送器的物理地址，当多台变送器联机时，可经过本身的物理地址来辨认指令码。
3．1 和谐器的作业流程
Z Stack供应了丰厚的调试函数调试接口。体系软件首要包括和谐器节点程序、路由器节点程序。和谐器是榜首级节点，担任组成网络，网络组成好后会分配节点ID地址，和谐器接纳到手持操控终端发送的指令，发送操控指令到节点就能够施行相应操控，和谐器的作业流程图如图3所示。
3．2 路由器的作业流程
将和谐器扩展到第2级、第3级乃至多级，只要在同一网络就能够施行相应操控，和谐器接纳指令一起将操控指令发送到路由器或许终端节点，假如直接发送指令给路由器，路由器就会履行相应指令，也能够经过路由器发送给终端节点，由终端节点履行相应指令。路由器(包括终端节点)作业流程图如图4所示。
3．3 体系功用完成
操控终端是一手持读写器(PDA)，读写器内设置了无线收发模块，在组成网络时将读写器参加网络，读写器会自动辨认每一节点的ID地址，经过对节点发送指令完成操控。能够对单个温湿度收集器进行数据读取，即向单个节点发送操控指令，也能够将部分节点组成一个局域网络存储到读写器中，对这个局域网络发送指令就能够完成局域网内一切节点的温湿度收集器的数据读取。
4 结束语
经过Zigbee技能完成了对温湿度收集器的无线操控，处理了温室监控体系现阶段人工收集、功率低下和数据收集存在盲区等问题，可全天候实时监控温室内的空气温湿度等信息，完成了温室环境收集的无线通讯，所构建操控体系具有低功耗、低本钱，开发便当，易于扩展等特色，并且经过手持读写器进行操控给人们带来了便当。
因为国家十分重视居民的菜篮子工程，所以依据Zigbee技能的温湿度收集体系具有宽广的商场，一起能够进一步扩展到收集体系长途无线操控。温湿度收集体系未来的研讨应侧重于节点数据传输的安全性和安稳性，进一步进步依据无线传感器网络的温室环境收集体系的自动化、智能化程度，使之满意实践环境使用的需求。
