CN203337277U

CN203337277U - 基于ZigBee的大棚无线温度监测系统

Info

Publication number: CN203337277U
Application number: CN2013202920324U
Authority: CN
Inventors: 张锐; 王以忠; 李达; 黄华芳; 张婧; 牛霆葳; 吴永弘; 王盼
Original assignee: Tianjin University of Science and Technology
Current assignee: Tianjin University of Science and Technology
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2023-09-04

Abstract

本实用新型涉及一种基于ZigBee的大棚无线温度监测系统，由协调器节点、报警模块和终端节点构成，所述协调器节点的一端与报警模块相连接，协调器节点的另一端与一个或多个终端节点相连接。本实用新型系统基于ZigBee的温度监测系统，以ATmega16单片机和SZ02构成协调器节点，SZ07作为终端节点，选用AD590作为终端节点的温度传感器，系统硬件结构简单、体积小、设备可靠性高，组成的ZigBee无线传感网络能够实现对大棚中温度的准确、稳定、可靠的监测、无线采集与传输，温度测量数据传输准确、可靠，且在温度出现异常时可实现及时报警，该系统稳定，无数据丢失现象，有较好的应用价值。

Description

基于ZigBee的大棚无线温度监测系统

技术领域

本实用新型属于温度监测技术领域，尤其是一种基于ZigBee的大棚无线温度监测系统。

背景技术

我国是农业大国，随着科学技术的进步，大棚种植技术得到不断的发展与应用，现代农业种植中，大棚种植已成为重要手段。而大棚中所种植的农作物对温度的要求极高。大棚温度控制不好，会影响到各种农作物的生长从而导致大棚的效益下降。由此，便需对大棚温度进行实时、精确的监测。但是目前，国内的很多大棚温度监测仍然采用的是传统有线监测系统。这种监测系统通过采用复杂的电缆将其各部件连接并进行数据传输，系统具有布线复杂、局限性强以及设备维护困难等问题。

ZigBee作为一种近距离、低功耗、低成本、低速率的无线组网通信技术，它可以克服传统有线监测系统的诸多问题，已经被广泛的应用到自动控制和远程监控领域。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硬件结构简单、体积小、设备可靠性高，组成的ZigBee无线传感网络能够实现对大棚中温度的准确、稳定、可靠的监测、无线采集与传输，温度测量数据传输准确、可靠，有较好的应用价值的基于ZigBee的大棚无线温度监测系统。

本实用新型实现目的的技术方案是：

一种基于ZigBee的大棚无线温度监测系统，由协调器节点、报警模块和终端节点构成，所述协调器节点的一端与报警模块相连接，协调器节点的另一端与至少一个终端节点相连接；所述协调器节点由ZigBee收发模块、通信接口芯片和单片机构成，所述ZigBee收发模块的一端与所述通信接口芯片的一端连接，所述通信接口芯片的另一端与所述单片机的连接，所述单片机与报警模块相连接；所述每一终端节点均由ZigBee采集模块和温度传感器组成，所述温度传感器与ZigBee采集模块的一端连接，所述ZigBee采集模块的另一端与协调器节点无线连接。

而且，所述协调器节点ZigBee收发模块的RX2和TX2管脚分别连接到通信接口芯片的T1OUT和R1IN上，通信接口芯片的T1IN和R1OUT连接到单片机的TXD和RXD管脚；报警模块接到单片机的PC0或PC7管脚。

而且，所述ZigBee收发模块采用SZ02；通信接口芯片采用MAX232芯片；所述单片机采用ATmega16。

而且，所述温度传感器采用AD590。

本实用新型的优点和有益效果为：

1、本实用新型系统基于ZigBee的温度监测系统，以ATmega16单片机和SZ02构成协调器节点，SZ07作为终端节点，选用AD590作为终端节点的温度传感器，系统硬件结构简单、体积小、设备可靠性高，组成的ZigBee无线传感网络能够实现对大棚中温度的准确、稳定、可靠的监测、无线采集与传输，温度测量数据传输准确、可靠，且在温度出现异常时可实现及时报警，该系统稳定，无数据丢失现象，有较好的应用价值。同时，该系统对于一般无线温度监测系统的设计也有一定的参考意义。

2、本实用新型系统的协调器节点由顺舟公司生产的SZ02模块和Atmel公司生产的ATmega16单片机构成。SZ02模块是加强型的ZigBee模块，集成了符合ZigBee协议标准的射频收发器和微处理器，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性。ATmega16单片机是基于增强型AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微处理器，具有先进的RISC结构。同时因为其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，芯片运行稳定。

3、本实用新型系统的终端节点选用顺舟公司的SZ07模块，该模块最大视距传输距离可达到2000米，采用2.4G DSS扩频技术，可实现透明方式或指令格式传输，最高波特率为115200Bps，共有16个信道可选，65535个网络ID可任意设置，有定时上报或上位机查询两个数据采集方式，可采集开关量信号和模拟信号。

4、本实用新型系统的温度传感器为AD590，它是AD公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器，测温范围为-55℃~150℃，电源电压范围为4V~30V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件即使反接也不会被烧坏，使用寿命长，保证了系统的正常工作。

附图说明

图1为本实用新型的系统电路方框图；

图2为本实用新型的协调器节点硬件电路图；

图3为本实用新型的协调器节点工作流程图；

图4为本实用新型的终端节点硬件电路图；

图5为本实用新型的终端节点工作流程图；

图6为本实用新型的终端节点距离暖气片不同距离的温度曲线图；其中，图6-1为终端节点1的温度曲线图，图6-2为终端节点2的温度曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种基于ZigBee的大棚无线温度监测系统，如图1所示，由协调器节点、报警模块和终端节点构成，所述协调器节点的一端与报警模块相连接，协调器节点的另一端与一个或多个终端节点相连接；所述协调器节点由ZigBee收发模块、通信接口芯片和单片机构成，所述ZigBee收发模块的一端与所述通信接口芯片的一端连接，所述通信接口芯片的另一端与所述单片机的连接，所述单片机与报警模块相连接；所述终端节点由ZigBee采集模块和温度传感器组成，所述温度传感器与ZigBee采集模块的一端连接，所述ZigBee采集模块的另一端与协调器节点相连接。

如图2所示，所述协调器节点的ZigBee收发模块SZ02的RX2和TX2管脚分别连接到MAX232的T1OUT和R1IN上，通信接口芯片MAX232的T1IN和R1OUT连接到单片机ATmega16的TXD和RXD管脚，这样就从硬件上实现了ZigBee收发模块SZ02和单片机ATmega16的连接，蜂鸣器和发光二极管分别接到单片机ATmega16的PC0和PC7管脚，用来进行声光报警。

ZigBee收发模块SZ02作为网络协调器，负责网络的发起组织、网络维护和管理功能，并可通过MAX232芯片与ATmega16单片机进行串口数据通信。ATmega16作为控制器，负责发送采集命令和接收温度数据，单片机在接收到温度数据以后，一旦监测到温度过高或者过低就会立刻进行声光报警。

在ZigBee收发模块SZ02工作前必须对SZ02进行配置，配置参数包括设备地址、节点类型、网络类型、网络ID、频点、数据编码、发送模式、波特率、数据校验、数据位、数据源址等。在配置完成后，SZ02便可作为网络协调器正常工作，可实现工作流程如图3所示，ZigBee收发模块SZ02内置有测量控制程序，该控制程序的处理过程为：开始程序后，首先进行设备初始化，然后建立网络，如果建立网络不成功继续建立网络，建立网络成功后，则检测是否有采集命令信号，如果没有检测到采集命令信号则继续检测，待检测到有采集命令信号输入后，则发送命令给终端节点，然后等待终端节点数据并上传给单片机，然后检测是否成功或上传超过三次，如果没有成功或上传没有超过三次，则继续检测，至检测成功或上传超过三次，则检测温度是否超出范围，如果温度没有超出范围，则检测工作结束信号，如果检测到工作结束信号，则结束，如果没有检测到工作结束信号，则继续检测是否有采集命令，依次往复轮询进行；如果温度超出范围，则进行声光报警，然后检测是否有结束报警信号，如果没有检测到结束报警信号则继续声光报警，如果检测到结束报警信号，则检测工作结束信号，如果检测到工作结束信号，则结束，如果没有检测到工作结束信号，则继续检测是否有采集命令，依次往复轮询进行。

如图4所示，终端节点的温度传感器为AD590连接到ZigBee采集模块SZ07的AD1管脚，按钮S1接到SZ07的CFG管脚用来进行模块配置。

在ZigBee采集模块SZ07工作前同样需要对SZ07进行配置，配置参数包括设备地址、节点类型、网络类型、网络ID、频点、数据编码、发送模式、波特率、数据校验、数据位、数据源址等。在配置完成后，SZ07作为终端节点工作，可实现工作流程如图5所示，ZigBee采集模块SZ07内置有测量控制程序，该控制程序的处理过程为：开始后，检测是否有网络信号，如果没有网络信号则继续检测，如果有网络信号输入则发出请求入网信号，然后检测是否入网成功，如果入网没有成功则继续发出请求入网信号，如果入网成功则检测是否有采集命令，如果没有采集命令则继续检测，如果有采集命令则采集并发送，然后检测是否发送成功或发送超过三次，如果检测到发送没有成功或发送没有超过三次，则继续发送，如果发送成功或发送超过三次，则检测是否有工作结束信号，如果检测到工作结束信号，则结束，如果没有检测到工作结束信号，则继续检测是否有采集命令，依次往复轮询进行。

本实用新型的工作原理为：

本系统采用ZigBee支持的星型网络拓扑结构，在此网络中有一个协调器节点和多个终端节点，本系统采用轮询的方式来查询各个终端节点的温度数据，终端节点将采集到的温度数据通过ZigBee网络发送给协调器节点。协调器节点对温度进行判断，一旦温度过高就能够进行报警。

Claims

1.一种基于ZigBee的大棚无线温度监测系统，其特征在于：由协调器节点、报警模块和终端节点构成，所述协调器节点的一端与报警模块相连接，协调器节点的另一端与至少一个终端节点相连接；所述协调器节点由ZigBee收发模块、通信接口芯片和单片机构成，所述ZigBee收发模块的一端与所述通信接口芯片的一端连接，所述通信接口芯片的另一端与所述单片机的连接，所述单片机与报警模块相连接；所述每一终端节点均由ZigBee采集模块和温度传感器组成，所述温度传感器与ZigBee采集模块的一端连接，所述ZigBee采集模块的另一端与协调器节点无线连接。

2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的大棚无线温度监测系统，其特征在于：所述协调器节点ZigBee收发模块的RX2和TX2管脚分别连接到通信接口芯片的T1OUT和R1IN上，通信接口芯片的T1IN和R1OUT连接到单片机的TXD和RXD管脚；报警模块接到单片机的PC0或PC7管脚。

3.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee的大棚无线温度监测系统，其特征在于：所述ZigBee收发模块采用SZ02；通信接口芯片采用MAX232芯片；所述单片机采用ATmega16。

4.根据权利要求1所述的基于ZigBee的大棚无线温度监测系统，其特征在于：所述温度传感器采用AD590。