CN107656477A - 基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置，涉及一种环境控制装置，本发明ZigBee无线通讯模块ZM5162P21‑3C和超低功耗单片机MSP430FR3210为基础；利用ZM5162P21‑3C的快速灵活组网，低功耗的特性进行数据传输。利用MSP430FR3210的超低功耗，扩展能力强，接口丰富的特点，实时控制大棚内的加热装置，灌溉装置，光照装置，通风装置对大棚内的植物生长环境进行调节。采用低功耗器件和太阳能供电，通用控制器输出接口，可以连接现有大棚内环境调节装置，实时控制大棚内环境调节装置来调节大棚环境。所有环境调节工作都由主机通过ZigBee网络下发调节指令完成，无需人工干预，大大节约了人力成本，使智能化大棚成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及温室大棚环境控制装置，具体为一种基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置。
背景技术
温室大棚已在我国普及，但是现有的温室大棚普遍采用人工管理，人工调节植物生长所需要的环境。这种人工调节需要耗费大量的劳动力对大棚进行操作。智能型温室大棚具有温室环境数据的自动采集能力，对植物生长所需环境的自动调节能力。只有实现数据自动采集，自动控制的闭环控制系统，才能实现智能温室大棚，才能真正解放劳动力。但完全重新建设智能型大棚投入大，对原有大棚也是一种浪费。在原有温室大棚的基础上进行改造是现有方案中最经济和实用的方案。传统大棚如果更改为智能型大棚会需要铺设各种管线，会遇到系统布线困难、组网复杂、工作效率低、节点生存周期短而功耗较大的问题。
本发明提出了一种一种基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置。此控制装置采用小功率的Zigbee技术实现无线传输，无须铺设信号线，可以避免高成本的信号和电源线的铺设。结合温室大棚特点，采用低功耗器件和太阳能供电，无须铺设供电线缆，非常适合现有温室大棚的升级改造。采用通用控制器输出接口，可以连接现有大棚内环境调节装置，实时控制大棚内环境调节装置来调节大棚环境。所有环境调节工作都由主机通过ZigBee网络下发调节指令完成，无需人工干预，大大节约了人力成本，使智能化大棚成为可能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一种基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置。该装置采用太阳能电池板和化学电池供电相结合，使该设备的工作不需要电力供应，满足了恶劣环境的变化，利用MSP430FR3210多传输接口、高集成、超低功耗的特点，将整个控制装置集成在一个长方形外壳里，可以对抗温室大棚内高热高湿的恶劣环境；具有无线传输，体积小，无需复杂布线、易于维护、不间断运行和使用的特点。
本发明提供如下技术方案：
基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置，该装置包括主机、遥控器；主机正面配备有液晶显示屏、正面左下角有红外遥控接收器、主机上方覆盖有太阳能电池板，主机右侧面上方有四个控制接口由上向下依次为加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口，主机右侧面下方为ZigBee天线；个控制接口连接外部加热装置、溉装置、照装置和通风装置； ZigBee无线网络天线通过射频电缆连接到ZigBee模块， ZigBee模块通过串口连接到MSP430FR3210主板上；，加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口连接外部加热装置、灌溉装置、光照装置和通风装置。
所述的基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置，所述主机内部包括MSP430FR3210主板、液晶显示屏、红外接收器、ZigBee模块，ZigBee无线网络天线、加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口及电池电源部分。
所述的基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置，所述红外接收器通过I2C总线连接到MSP430FR3210主板上。
本发明的有益效果是：
1、采用ZigBee无线传输，太阳能电池供电，通用环境装置控制接口。非常适合现有大棚的升级改造，节约升级改造成本，易于施工安装。
2、采用工业标准的ZigBee进行数据传输，节点数量多，网络自适应，传输可靠等优点。
3、将整个设备封闭于一个小体积的盒子里，具有防潮，易于安装特点，非常适合大棚内高湿，高热的恶劣环境。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明主机内部示意图。
图中附件：1为系统主机，2为液晶显示屏，3为红外接收器，4为光伏电池板，5为加热装置控制接口，6为灌溉装置控制接口，7为光照装置控制接口，8为通风装置控制接口，9为ZigBee天线。
具体实施方式
本发明装置包括系统主机1台、遥控器1个。主机有一个长方形外壳，主机正面配备有1个液晶显示屏、正面左下角有1个红外遥控接收器、主机上方覆盖有太阳能电池板，主机右侧面上方有四个控制接口由上向下依次为加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口，主机右侧面下方为ZigBee天线。
液晶显示屏用来实时显示主机传送过来的加热，灌溉，光照，通风指令。并显示现在的加热装置，灌溉装置，光照装置和通风装置的运行状态。系统正常运行时此液晶屏是处于关闭状态来节省用电，没有显示任何内容。只有通过ZigBee网络传输显示指令或收到红外遥控器设置指令时才点亮屏幕进行显示，并于一定超时后自动关闭以节省用电。
红外接收器负责接收红外遥控器的遥控信号，对主机下达各种操作指令，进行各种设置。
四个控制接口用于连接外部加热装置，灌溉装置，光照装置和通风装置。通过GPIO将加热装置，灌溉装置，光照装置和通风装置的运行状态反馈给系统主机。此控制接口采用了GPIO接口，可以与现有大棚的加热灌溉，光照，通风装置良好的兼容，复用原来已有的装置，大大的节约了大棚改造和建设成本。
太阳能光伏电池为此装置提供电力供应，负责接收太阳光发电，在太阳光充足的情况下，此光伏电池板产生的电力供应整个装置运行的同时还给装置内部的化学电池充电，当夜晚或光照不足时，整个系统由化学电池供电，由于采用了ZigBee和MSP430FR3210微处理器的低功耗设计，此光伏电池板和化学电池完全可以提供整个设备的长时间可靠稳定运行，而无需要铺设交流电。
ZigBee天线负责发送ZigBee的无线信号。用于与其他ZigBee设备组成无线通信网络并与主机进行通信。
遥控器有若干按钮，通过红外线，在一定距离内对整个温室大棚环境控制装置进行调整和设置。
主机内部包括MSP430FR3210主板、液晶显示屏、红外接收器、ZigBee模块，ZigBee无线网络天线、加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口及电池电源部分组成。显示屏通过并口取得MSP430FR3210的显示数据，显示主机传送过来的加热，灌溉，光照，通风指令。并显示现在的加热装置，灌溉装置，光照装置和通风装置的运行状态。ZigBee无线网络天线通过射频电缆连接到ZigBee模块，负责发射和接收ZigBee无线网络信号。ZigBee模块通过串口连接到MSP430FR3210主板上，负责解析ZigBee无线网络天线发射和接收的ZigBee网络信号，并通过串口传送到MSP430FR3210主板上。红外接收器通过I2C总线连接到MSP430FR3210主板上，接收来自遥控器的红外信号，并传送给MSP430FR3210，实现对对整个装置进行设置。加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口用于连接外部加热装置，灌溉装置，光照装置和通风装置。通过GPIO将加热装置，灌溉装置，光照装置和通风装置的运行状态反馈给系统主机。光伏电池管理及化学电池部分提供整个系统的电力，并管理光伏电池板的太阳能发电和化学电池的充电放电，在光线充足的时候光伏电池板发出的电不但供应本机系统的用电，还给化学电池充电。当天气阴暗或在晚上，没有太阳光的时候，由化学电池给整个系统供电。
ZigBee模块通过无线ZigBee天线接收指挥中心主机发送来的数据，并将命令通过串口传送给微处理器MSP430FR3210。微处理器经过处理后识别出是加热命令，灌溉命令，光照命令和通风命令。通过相应控制接口控制相应外部装置对温室大棚进行环境调节。采用太阳能电池供电和化学电池供电相结合，可以在没有交流电电力供应环境下连续工作，使本装置具有极强的环境适应能力。
实施例
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2 所示，一种一种基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置
该装置连接如下：装置主机1有一个长方形外壳，主机1正面中部设有液晶显示屏2，正面左下角设有红外接收器3，主机上方覆盖有太阳能光伏电池板4，主机右侧面上方有四个控制接口由上向下依次为加热装置控制接口5、灌溉装置控制接口6、光照装置控制接口7、通风装置控制接口8，主机右侧面下方为ZigBee天线9。
该装置信号流如下：当设备1安装完毕后，工作人员通过遥控器接口3遥控装置开机，系统开始运行。此时显示屏幕2亮起，安装人员并对设备进行初始化设置。设置完毕后，ZigBee天线9连通ZigBee网络, 与主机进行通信。主机下达加热，灌溉，光照，通风的指令后微处理器MSP430FR3210解析这些指令，然后通过加热装置控制接口5，灌溉装置控制接口6，光照装置控制接口7，通风装置控制接口8控制相应的环境调节装置对温室大棚环境进行调节。同时，微处理器输出相应的指令和状态给屏幕显示。经过一定长时间后显示屏自动熄灭以节省电力。当需要再次设置系统的参数时指挥中心可以通过ZigBee无线网络对整个装置进行设置，同时工作人员也可以通过红外遥控器3对主机进行1设置。红外接收器3负责接收红外遥控器的遥控信号，对主机1进行设置，和下达各种操作指令。光伏发电板接口4连接光伏电池板，提供本机内部所需用电和化学电池充电。
见图2，主机内部包括MSP430FR3210主板、液晶显示屏、红外接收器、ZigBee模块，ZigBee无线网络天线、加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口及电池电源部分组成。显示屏通过并口取得MSP430FR3210的显示数据，显示主机传送过来的加热，灌溉，光照，通风指令。并显示现在的加热装置，灌溉装置，光照装置和通风装置的运行状态。ZigBee无线网络天线通过射频电缆连接到ZigBee模块，负责发射和接收ZigBee无线网络信号。ZigBee模块通过串口连接到MSP430FR3210主板上，负责解析ZigBee无线网络天线发射和接收的ZigBee网络信号，并通过串口传送到MSP430FR3210主板上。红外接收器通过I2C总线连接到MSP430FR3210主板上，接收来自遥控器的红外信号，并传送给MSP430FR3210，实现对对整个装置进行设置。加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口用于连接外部加热装置，灌溉装置，光照装置和通风装置。通过GPIO将加热装置，灌溉装置，光照装置和通风装置的运行状态反馈给系统主机。光伏电池管理及化学电池部分提供整个系统的电力，并管理光伏电池板的太阳能发电和化学电池的充电放电，在光线充足的时候光伏电池板发出的电不但供应本机系统的用电，还给化学电池充电。当天气阴暗或在晚上，没有太阳光的时候，由化学电池给整个系统供电。
Claims (3)
1.基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置，其特征在于，该装置包括主机、遥控器；主机正面配备有液晶显示屏、正面左下角有红外遥控接收器、主机上方覆盖有太阳能电池板，主机右侧面上方有四个控制接口由上向下依次为加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口，主机右侧面下方为ZigBee天线；个控制接口连接外部加热装置、溉装置、照装置和通风装置；ZigBee无线网络天线通过射频电缆连接到ZigBee模块，ZigBee模块通过串口连接到MSP430FR3210主板上；加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口连接外部加热装置、灌溉装置、光照装置和通风装置。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置，其特征在于，所述主机内部包括MSP430FR3210主板、液晶显示屏、红外接收器、ZigBee模块，ZigBee无线网络天线、加热装置控制接口、灌溉装置控制接口、光照装置控制接口、通风装置控制接口及电池电源部分。
3.根据权利要求1所述的基于Zigbee的低功耗太阳能供电温室大棚环境控制装置，其特征在于，所述红外接收器通过I2C总线连接到MSP430FR3210主板上。
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