基於CC2530和ZigBee的智能農業溫濕度采集係統設計
學術研究
作者：廖建尚
摘 要：通過分析ZigBee協議，利用物聯網架構，完成了基於CC2530和ZigBee的智能農業溫濕度采集係統的硬件和軟件設計，實現了節點數據采集、網絡模塊設計和數據封裝設計，實現了農業大棚的溫度、濕度環境信息的采集，達到了良好效果，從而為實現智能農業溫室大棚的環境信息采集提供了一種科學方法。
關鍵詞：ZigBee；物聯網；智能農業；溫濕度采集
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）08-00-05
0 引 言
我國目前農村務農人數正在不斷減少，原先的個體小規模種植模式也將會向大規模種植管理模式轉變，實現由少數人完成農業生產任務，這種發展趨勢必然要由科學技術來承載。因此提高效率，減少傳統的人員操作是對未來農業發展的要求[1-3]。農業的智能化、自動化也是未來農業的發展方向。我國農業主要呈現以下幾個方麵的現狀[4]：
（1）農業的信息化、智能化程度低。我國現在大部分地方依然是靠傳統的人力農業生產，科技在農業方麵的應用水平也較低。農業的發展急需科技方麵的資金、技術，因此需要科研人員在農業的信息化、智能化方麵進行更多的科研投入。
（2）隨著經濟社會的發展，務工人數增多，導致農村務農人數減少，出現土地荒廢的情況，這也決定了今後農業生產活動必將由少數人來完成。
（3）我國是一個農業大國，對農作物產品的需求也是極其龐大的，而受季節影響，農作物的生產隻能按季種植。因此，農業大棚的產生與應用，促進了農作物的年產量，減小了季節對作物生長的限製。農業大棚的數量在大規模增加，農業大棚目前信息化、智能化程度低，大部分管理工作仍需人工完成。
本文采用 ZigBee 無線傳輸技術構建無線傳感網絡，研究應用物聯網和雲平台技術實時收集農業大棚的環境信息，如空氣溫度、空氣濕度等，並根據需要進行實時控製，農業環境信息可以幫助專業機構對數據進行分析、整理、融合，並對災害進行預測。利用物聯網技術在農業上的應用，可以促進科學種植，提高產品綜合效益，進一步實現農業生產的自動化和信息化。
1 ZigBee協議
基於IEEE 802.15.4標準的ZigBee技術是一種近距離低複雜度低功耗低速率低成本的雙向無線通訊技術，目前廣泛應用到了物聯網、家庭自動化、家庭安防、工業與環境控製等領域[5]。
ZigBee網絡中存在三種邏輯設備類型：協調器（Coordinator），路由器（Router）和終端設備（End-Device）。一個ZigBee網絡由一個協調器、多個路由器和多個終端設備組成。
1.1 ZigBee協議的實現
1.1.1 協調器（Coordinator）
協調器負責啟動整個網絡，它也是網絡的第一個設備。協調器選擇一個信道和一個網絡ID（PAN ID，即Personal Area Network ID），隨後啟動整個網絡。協調器的角色主要涉及啟動和配置網絡，一旦這些工作都完成後，協調器就類似一個路由器。
1.1.2 路由器（Router）
路由器的功能主要是允許其他終端設備加入網絡，在進行數據收發之前，必須加入一個由協調器啟動的ZigBee網絡，加入網絡後，允許路由和終端節點加入，可以對網絡中的數據進行路由 ，必須常電供電，不能進入睡眠模式，可以為睡眠的終端節點保留數據，至其喚醒後獲取。
1.1.3 終端設備（End-Device）
終端設備用於數據采集或者執行控製任務，在進行數據收發之前，必須加入一個由協調器啟動的ZigBee網絡，不能允許其他設備加入，必須通過其父節點收發數據，不能對網絡中的數據進行路由，可由電池供電，進入睡眠模式。
1.2 ZigBee協議的實現
ZigBee協議有物理層、MAC層、應用層、網絡層組成，物理層通過物理層數據服務接入點（PD-SAP）提供物理層數據服務；MAC層提供特定服務會聚子層和物理層之間的接口，通過MAC公共部分子層的數據SAP提供MAC數據服務；應用層支持子層提供了網絡層和應用層之間的接口，功能是通過ZDO和定義的應用對象都可以使用的一組服務來實現；網絡層提供的服務包括配置新設備、創建新網絡、設備請求加入/離開網絡和ZigBee協調器或路由器請求設備離開網絡、尋址、近鄰發現、路由發現、接收控製等功能。