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1系統硬件電路設計

系統的硬件電路是以TI公司生產的CC2530作為本系統的核心微處理器，選擇了溫室內的溫度、濕度、光照度三個主要環境因子作為監測的對象，利用相應的傳感器來采集各個環境參數，還可根據一些特殊需求擴展監測其它環境因子，如土壤水分、CO2濃度等對作物生長影響較大的因子。另外，本系統設置了三個繼電器接口以實現對三個電器設備的遠程控制。

1.1協調器節點硬件電路總體架構協調器節點硬件設計主要分為七個模塊：供電電源、振蕩器晶振電路、RF無線電收發射頻電路、LED指示燈、按鍵復位控制電路、串口/USB轉換電路和仿真電路。其總體架構圖如下圖1所示，在本系統中，CC2530芯片的工作電壓為3.3V，供電電源主要負責為其提供穩定的3.3V電壓。節點之間采用RF無線通信，LED指示燈電路的作用是提供通信指示，如是否連接、等待連接。微處理器要處理內部程序使電路正常運行，需要晶振電路產生內部時鐘信號。復位電路的主要作用是對CC2530內部程序的復位重啟，并利用按鍵的組合來實現RF無線通信的物理連接。同時，要求收發同頻段實現有效的物理連接，達到傳送監測數據的目的，還需要由RF無線電收發電路完成傳感器和協調器兩節點之間RF無線通信；轉換電路主要是將USB接口連接到上位機PC里面，實現串行通信；仿真電路主要是利用專門的接口實現在線編程CC2530，并通過調試電路板，顯示電路的功能和效果。

1.2路由器及終端節點總體架構如圖2所示為本系統的路由器及終端節點硬件總體架構。從圖中可以看出路由器及終端節點主要由七個模塊組成，分別是電源模塊、終端設備控制模塊、傳感器數據采集模塊（溫度傳感器、光照傳感器、濕度傳感器）、LCD顯示模塊和擴展監測模塊等組成。其中數據采集模塊主要是對溫度、濕度、光照度的采集，選用的溫度傳感器為DS18B20，溫濕度傳感器選用了數字式SHT71，CC2530自帶12位ADC采集傳感器輸出電壓作為光照強度傳感器。這三個傳感器的硬件電路較為簡單，在此不再描述。另外，為了滿足用戶的不同需求及不同農作物的生長特點，本電路還設計了可以進行傳感器擴展的擴展監測模塊，從而提高系統的靈活性。

2系統軟件設計

本系統軟件設計開發環境選用IAREmbeddedWorkbench，能夠支持各種微處理器，其編譯器有很多優點，如編譯速率快、代碼可移植、可優化SOC集成芯片等，很大程度上體現了對硬件資源的節省。限于篇幅要求，本系統軟件設計流程圖不再給出。

2.1協調器節點軟件設計協調器節點軟件設計實現ZigBee網絡組建，采集溫度、濕度、光照度三個主要環境參數后，匯總相關數據再發送至上位機，由上位機對相關的數據和即時狀態進行顯示、存儲等，同時實現用戶可以查詢各節點周圍的環境參數，也可以進行人為的控制和干預等功能。

2.2路由器節點軟件設計路由器主要是接收終端子節點發送的環境數據，并在接收后對其定時讀取的環境參數進行臨時存儲。當協調器定時進行輪詢監測時，便將臨時存儲的所有環境參數全部發送至協調器。值得注意的是，路由器在第一次上電加入網絡時，需要設置和添加與其在同一溫室的終端子節點，這樣的設計有利于節點管理和控制。另外，路由器還具有的功能是根據協調器下發相應的控制命令來控制終端控制設備。

2.3終端節點軟件設計低功耗的處理一直是各個系統設計所追求的重要指標之一，在軟件設計中也注重使用低功耗。而終端節點最大的優點就是低功耗，可使用干電池進行供電。終端節點作為整個系統中環境監測最重要的節點，其主要功能是定時喚醒監測相應的環境參數，發送至協調器，待發送成功后再轉入睡眠模式。

2.4LCD顯示軟件設計LCD液晶顯示屏驅動通常需要完成以下四個步驟：LCD屏初始化、設置LCD屏顯示坐標、獲取點陣數據、字符或圖像顯示。

2.5上位機軟件設計上位機軟件設計部分主要包括數據庫設計和用戶管理界面設計。其中數據庫使用Access2003，設計了環境數據表和報警閥值表二個表，將各節點采集到的環境數據以及其他分析數據保存在數據庫中，以便日后查詢和檢索等。在用戶管理界面采用VB編程語言進行了三個界面的設計，即登陸界面、管理設置主界面和歷史數據查詢界面。

3系統測試

本系統的測試主要是進行硬件和上位機軟件測試，采集了溫室內現場各環境參數的數值，經過分析處理并在上位機界面實時顯示。本文對溫室內溫度、濕度兩個環境因子的實測值和標準值進行了比較，得出溫室內溫度的數據誤差絕對值都<0.5，濕度數據的誤差絕對值都<2。由上述分析結果可以看出：該系統能夠實時地對溫室內的主要環境參數進行采集和監控，并能夠實時又準確地在上位機PC界面上顯示出來。

4以溫度為例，設計溫室智能控制算法

本文在上述測試成功的基礎上，結合農業設施監測背景，針對溫室環境特性提出了溫度智能控制算法，用MATLAB軟件中的SIMULINK仿真工具箱進行仿真和分析，得出本文設計的改進型智能控制算法超調量較小，沒有振蕩，可以實現自動控制和人工干預的方式來控制溫室內的溫度，滿足智能控制的需求。

5結論

基于物聯網的溫室環境智能控制系統具有功耗低、易擴展穩定性高等特點，具有較好的應用前景。

作者：王燕單位：江南大學物聯網工程學院江陰市華姿中等專業學校