近年来跟着大棚农业的蓬勃开展，对农业生产的信息化办理成为了一个重要的研讨范畴。大棚温室内的土壤湿度、环境温湿度、叶面湿度等环境要素对农作物的质量以及稳产、高产有很大的影响。怎么实时、有效地获取内部各种环境参数，为栽培进程的科学灌溉供给数据支撑，从而进步作物产值，添加经济收益，具有严重的含义。
针对上述问题，现在常用的办法是人工巡查和有线数据搜集两种。人工巡查办法耗费人力、作业量大，且难以确保数据的实时性与有效性。另一种是选用有线通讯的数据搜集办法监测体系，其布线杂乱，且受物理线路和环境要素影响大，本钱高，不适于扩展。跟着无线通讯的开展，以往的有线体系逐渐被无线监测体系替代，尤其是近些年我国GPRS/CDMA无线移动网络技能的开展以及ZigBee技能在我国的运用，使得开发一个廉价而低耗的无线体系成为易事。作为一种近间隔、低本钱、低功耗、低数据速率的双向无线传输技能，被广泛用于环境监测、交通办理、灾祸防备等范畴，也成为近年来数字农业研讨中的热门之一。针对农业大棚环境监测的实践需求，研发具有多测点、多参数、可移动、运用快捷的环境监测体系具有十分重要的含义。
1 体系结构
大棚温室监测体系规划成三层网络结构：无线传感器网络，GPRS网络和长途办理渠道，体系结构如图1所示。无线传感器网络担任各种环境参数的检测和数据的无线传输;
GPRS网络用于数据的转发以及与。Internet无缝衔接，长途办理渠道可完成对数据的处理、剖析、办理。
为了减低本钱，此处网关节点功用首要是完成ZigBee的和谐器与gprs模块间的通讯。使得和谐器收到的数据能够经过GPRS模块传输到互联网上，以此完成长途监控。
无线传感器网络由若干终端节点，路由节点和和谐器节点构成。带有的很多传感器的ZigBee终端节点和路由节点别离放置在大棚的不同当地，各个节点担任对数据的感知与搜集，数据以最短途径准则沿着其他路由节点逐跳地进行传输。每个传感器节点的掩盖规模有必要包含别的两个节点，以防传输线路中有节点呈现毛病时，数据的传输中止。在传输进程中，监测数据或许被多个节点处理，多跳到每个簇的会聚节点，然后传到网关节点。网关节点与长途的服务器选用经典的C/S形式完成通讯，运用者也可根据需求运用智能手机作为客户端，完成随时随地实时的搜集大棚中的环境参数，并对数据进行剖析处理，做出判别与决测。
2 网络节点规划
2.1 终端节点的硬件规划
农业大棚中环境温湿度，二氧化碳含量等环境参数数据关于节点处理器的处理才能不需求很高的要求，且发送的数据量小。为了下降本钱，本体系选用单片CC2530作为处理器，用于数据的搜集和数据的无线通讯。电源模块则对整个节点的运转供给动力，以满意体系中不同模块对电源的需求，确保正常运转。节点硬件首要结构如图2所示。
2.1.1 传感器模块
传感器模块首要由环境温湿度、二氧化碳等传感器等部分组成。土壤湿度传感器用于监测栽培区域的土壤水分，环境温湿度传感器用于监测成长环境中的温度和湿度，二氧化碳传感器用于监测温室中的二氧化碳含量，确保植物能在适宜环境中成长。温湿度传感器选用SHT11传感器，它是由工厂校准，输出温度的分辨率为0.01℃，输出相对湿度的分辨率为0.03%。它供给全量程标定的数字输出。具有极高的可靠性与杰出的长时间稳定性。传感器包含一个电容性聚合体湿度灵敏元件和一个用能隙资料制成的温度灵敏元件，这两个灵敏元件与一个14位的A/D转化器以及一个串行接口电路规划在同一个芯片上面。该传感器呼应超快、抗干扰才能强、极高的性价比。它与单片机的接口也十分简略与I%&&&&&%协议相似。本体系中对CO2含量监测有较高的要求，且传感器应受温湿度的改动小。这儿选用：MG811型的二氧化碳传感器，它首要有用与空气质量操控体系和温室二氧化碳浓度检测。二氧化碳传感器经过高输入阻抗扩大器扩大后接入单片机，运用CC2530内部自带的AD转化器进行模数转化。
2.1.2 电源模块
网络节点中处理器CC2530需求3.3 V供电，而传感器模块和扩大器等需求5 V供电。为了满意不同模块对电源的需求，以及节点的快捷性。咱们选用多节1.5 V干电池供电，
经过LM1117输出所需的3.3 V和5 V电压。LM1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2 V输出，负载电流为800 mA时为1.2 V。它有5个固定电压输出(1.8 V，2.5 V，2.85 V，3.3 V和5 V)的类型，此外它还供给电流约束和热维护。输出电压精度在1%以内。规划时输出端需求一个至少10 uF的钽%&&&&&%来改进瞬时呼应和稳定性。
2.1.3 无线通讯模块
无线通讯模块首要选用CC2530芯片和低功耗射频前端CC2591，它首要用于功率扩大，大大简化了射频电路的规划。TI公司的CC2591是高性价比和高功能的2.4 GHz RF前端，合适低功耗低电压2.4 GHz无线运用，CC2591的输出功率高达22 dBm,集成了开关，匹配网络和平衡/不平衡电路，电感，功率扩大器(PA)以及低噪音扩大器(LNA)，能够用在所有的2.4GHz ISM体系，无线传感器网络，无线工业体系，IEEE802.15.4和ZigBee体系，无线消费类电子体系和无线音频体系。CC2530与CC2591首要部分硬件衔接如图3所示。
当HGM为高电平，表明CC2591接纳数据时，LNA是高增益形式;当HGM为低电平，表明CC2591接纳数据时，LNA是低增益形式。而EN引脚和PA_EN引脚在CC2591正常作业时分置为高电平，当其进入低功耗形式时分，将其置为低电平，这样能够下降功耗。CC2530的I/O端口P1_1，P1_4，P0_7衔接CC2591的HGM、EN、PA_EN引脚完成由单片机来操控CC2591。
2.2 终端节点的软件规划
无线传感器网络节点的数据传输选用根据802.15.4规范的ZigBee无线传输协议，运用API操作形式。API操作形式一般运用于较杂乱的网络传输，经过改动方针地址来完成点对多点的数据传输使命，传输完毕后回来承认信息(或已发送成功，或发送失利)。接纳数据时能够额定接纳到发送端模块的发送信息，对节点进行长途参数装备后，完成整个网络信息体系的在线参数装备，分配体系资源。
当和谐器运转后，和谐器便树立了ZigBee网络。周围的节点纷繁加入到网络中，当节点加入到网络中时。这儿设置一些发送事情(如发送温度，湿度等数据)，在该事情中咱们能够调用传感器的搜集程序，处理完数据后便把数据发送出去。网络节点的作业进程大体如图4所示。
其间sendTheMessage()函数中调用传感器搜集程序并对数据进行处理，然后调用AF_DataRequest()进行数据的发送。此外在sendTheMessage()函数中咱们还对数据进行简略的判别，假如呈现异常(如温度过高级)，设置osal_start_timerEx (GeneicApp_TaskID，SEND_DATA_EVENT，1 000);即1 s发送一次数据;而正常状况下为15 min发送一次数据。这种规划办法既能完成低功耗，减轻网络的通讯压力，不至于引发部分网络瘫痪的现象，还能够较好地确保实时性，进步信息可靠性。
3 网关节点规划
网关节点的首要使命是转发搜集的数据。它一方面经过ZigBee和谐器与传感器网络相衔接，另一方面经过GPRS通讯模块与Internet外部网络衔接。完成两种协议直接的转化，发布长途数据中心的监测使命，也要把搜集到的数据发送到与Internet网络相连的长途数据中心。GPRS与Internet网络的无缝衔接，能够到达数据接连传输的意图。网关节点首要由CC2530芯片模块、GPRS通讯模块以及电源模块组成，其结构如图5所示。CPRS通讯选用华为公司的GTM900 GPRS模块，它是当今市场上尺度最小的三频GPRS模块之一，完美地支撑语音通讯和短消息办法通讯的功用，能够用于完成实时通讯与手机信息交互的功用，以便及时地处理状况。GTM900内嵌的TCP/IP协议与Internet网络的协议相同，易与Internet网络相连，此外它支撑AT指令操作，运用指令AT%IPOPEN=“TCP”，“219.136.10.247”，60000便可树立与Internet衔接，快捷了开发与运用。
4 办理软件规划
本体系的办理渠道软件是根据.NET渠道下开发，运用SOCKET套接字完成TCP/IP协议;运用C/S形式完成多点操控。首先是服务端规划，首要是用于数据的转发。当服务端收到来自于网关的数据时便转发给其他的客户端包含电脑客户端或许智能手机客户端。
5 试验成果
为了试验所建立的体系的功能，本文选用苏州市太仓现代农业基地作为试点。选用5个网络节点，一个网关节点和笔记本电脑构成监测渠道。试验数据经过网关传到上位机，在上位机上能够实时看到数据，试验显现，在树林里传输间隔能够到达50 m，能够满意温室大棚环境监测的需求。其间服务端数据图6所示。
6 定论
本文针对温室大棚进步产值及质量的需求，规划了根据无线传感器网络的环境监测体系，用于温室环境参数的实时监测。侧重介绍了，无线传感器网络的体系结构、节点的软硬件规划以及经过GPRS技能长途传输。无线传感器网络运用节点功耗低、作业时间长、本钱低一级特色，完成在线监测，为科学的栽培供给科学依据。
