一種基于LabVIEW和ZigBee的溫室智能控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)溫室控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種基于LabVIEW和ZigBee的溫室智能控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的核心設(shè)施，大量的用戶還采用簡(jiǎn)單型溫室控制系統(tǒng)，甚至完全依靠人工控制溫室，現(xiàn)有大量溫室監(jiān)控系統(tǒng)多采用設(shè)施通過有線連接的方式，由于溫室內(nèi)環(huán)境長(zhǎng)期處于溫濕度較大、溫度較高以及土壤和空氣中含有酸性，促使通信線纜極易老化，影響到溫室監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定穩(wěn)定性；另外，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于需要布設(shè)大量的傳感端節(jié)點(diǎn)，才能夠保證對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)范圍更為有效的覆蓋，在土壤中布設(shè)大量的電纜導(dǎo)致溫室內(nèi)線纜縱橫交錯(cuò)，使得對(duì)農(nóng)作物的耕種造成一定困難，增加了建設(shè)溫室檢測(cè)控制系統(tǒng)的施工難度和安裝及維護(hù)成本。
[0003]本實(shí)用新型利用ZigBee技術(shù)建立了空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器、濕簾風(fēng)機(jī)、灌溉控制器、補(bǔ)光燈、PC上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)連接，并利用LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)各硬件設(shè)備之間的通信與控制，解決了傳統(tǒng)溫室控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差、接線復(fù)雜、施工難度大、成本高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有溫室控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差、接線復(fù)雜、施工難度大、成本高的問題，提供一種穩(wěn)定、施工簡(jiǎn)便、成本低的基于LabVIEW和ZigBee的溫室智能控制系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型基于ZigBee的溫室控制系統(tǒng)通過如下技術(shù)方法解決:所述的所述的基于LabVIEW和ZigBee的溫室智能控制系統(tǒng)由PC上位機(jī)、ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端組成；其中，每個(gè)溫室中配有一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器，每個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器能配有多個(gè)ZigBee檢測(cè)終端和ZigBee執(zhí)行終端，ZigBee協(xié)調(diào)器與ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端通過IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議建立無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，ZigBee協(xié)調(diào)器通過串口通信與PC上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0006]所述的每個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器由一塊核心板和一塊協(xié)調(diào)器擴(kuò)展功能板組成，每個(gè)ZigBee檢測(cè)終端由一塊核心板和一塊檢測(cè)擴(kuò)展功能板組成，每個(gè)ZigBee執(zhí)行終端由一塊核心板和一塊執(zhí)行擴(kuò)展功能板組成，核心板采用CC2530 F256芯片。
[0007]所述的ZigBee協(xié)調(diào)器擴(kuò)展功能板由IXD顯示屏、調(diào)試接口、調(diào)節(jié)按鍵、USB轉(zhuǎn)串口模塊組成，ZigBee檢測(cè)擴(kuò)展功能板由空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器組成，ZigBee執(zhí)行擴(kuò)展功能板由濕簾風(fēng)機(jī)、灌溉控制器、補(bǔ)光燈組成。
[0008]所述的ZigBee檢測(cè)終端能將空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳送給ZigBee協(xié)調(diào)器。
[0009]所述的ZigBee協(xié)調(diào)器端能通過無線通信接收各個(gè)傳感終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，分析得到各個(gè)溫室參數(shù)值，存儲(chǔ)在內(nèi)存中，以便于后期的判斷；能通過串口通信將溫室各個(gè)參數(shù)發(fā)送給PC上位機(jī)；能通過串口通信獲取PC上位機(jī)發(fā)送過來的控制請(qǐng)求；能匯總分析數(shù)據(jù)，智能生成控制執(zhí)行單元信息，并通過無線通信發(fā)送給ZigBee執(zhí)行終端節(jié)點(diǎn)。
[0010]所述的ZigBee執(zhí)行終端能接收ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送的控制信息，并調(diào)整自身擴(kuò)展板引腳電壓高低，對(duì)濕簾風(fēng)機(jī)、灌溉控制器、補(bǔ)光燈進(jìn)行控制。
[0011]所述的PC上位機(jī)能接收、處理、保存ZigBee協(xié)調(diào)器傳送的數(shù)據(jù)，并能向ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送控制指令。
[0012]所述的PC端上位機(jī)能夠存儲(chǔ)用戶預(yù)先設(shè)定好的溫室智能控制參數(shù)，控制參數(shù)能根據(jù)作物需求制定，根據(jù)這些控制參數(shù)與檢測(cè)得到的溫室實(shí)際各類環(huán)境參數(shù)相判斷，生成控制指令，并通過串口向ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送控制指令。
[0013]所述的ZigBee協(xié)調(diào)器和PC上位機(jī)的控制指令是由一套控制通信協(xié)議組成的，不同的檢測(cè)終端和執(zhí)行終端有不同的地址編號(hào)，不同的傳感器和執(zhí)行單元也有不同的參數(shù)編號(hào)，以確定環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)來源和具體的控制對(duì)象，使本系統(tǒng)具備功能擴(kuò)展的性能。
[0014]所述的PC上位機(jī)接收數(shù)據(jù)協(xié)議格式為:開始(’ #’ ) +地址(16進(jìn)制，0x01(1號(hào)終端)、0x02(2號(hào)終端)、……)+數(shù)據(jù)(隔開，空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器)+結(jié)尾(’！’)+最后(‘\n’)。
[0015]所述的PC上位機(jī)控制數(shù)據(jù)格式為:開始(’ #’ )+功能碼(‘1’:空氣溫度；‘2’:空氣濕度；‘3’:土壤溫度；‘4’:土壤濕度；‘5’:光照強(qiáng)度)+功能模式(‘0’:自動(dòng)模式(通過閾值控制)；‘1’:強(qiáng)制模式(‘0’:關(guān)閉‘1’:開啟))+數(shù)據(jù)(DA)+結(jié)尾(’！’)+最后(‘V )。
[0016]所述的基于LabVIEW和ZigBee的溫室智能控制系統(tǒng)的工作流程如下:
[0017]--接通控制系統(tǒng)電路，ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端初始化硬件和網(wǎng)絡(luò)，ZigBee協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)，并掃描是否有終端節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)。
[0018]一一ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端發(fā)現(xiàn)ZigBee協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)，并申請(qǐng)加入該網(wǎng)絡(luò)，若申請(qǐng)加入不成功，則ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端反復(fù)申請(qǐng)加入ZigBee協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)。
[0019]--ZigBee協(xié)調(diào)器掃描到ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端的網(wǎng)絡(luò)加入申請(qǐng)，同意加入申請(qǐng)，如同意申請(qǐng)不成功則重復(fù)進(jìn)行同意加入申請(qǐng)。
[0020]——當(dāng)ZigBee檢測(cè)終端成功加入ZigBee協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)后，則將空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器采集的數(shù)據(jù)以10s每次的速率發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器。
[0021]——當(dāng)ZigBee執(zhí)行終端成功加入ZigBee協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)后，則接收ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送的指令，并根據(jù)指令對(duì)濕簾風(fēng)機(jī)、灌溉控制器、補(bǔ)光燈進(jìn)行操作。
[0022]——當(dāng)ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端成功加入ZigBee協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)后，ZigBee協(xié)調(diào)器為加入的ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端分配IP地址，并將ZigBee檢測(cè)終端發(fā)送來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給PC上位機(jī)，并將PC上位機(jī)發(fā)送的指令傳送給ZigBee執(zhí)行終端。
[0023]——PC上位機(jī)接收ZigBee協(xié)調(diào)器傳送過來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)根據(jù)要求處理、呈現(xiàn)和存儲(chǔ)，并根據(jù)控制要求向ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送控制指令。
[0024]本實(shí)用新型一種基于LabVIEW和ZigBee的溫室智能控制系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下有益效果:
[0025]1、實(shí)現(xiàn)了基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)搭建和ZigBee與PC機(jī)的串口通信，在實(shí)施本實(shí)用新型時(shí)無需大量的布線，降低了成本與施工難度，增強(qiáng)了穩(wěn)定性。
[0026]2、整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，能更加全面的檢測(cè)并管理溫室中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端核心板原理圖。
[0029]圖3是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端核心板擴(kuò)展引腳原理圖。
[0030]圖4是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器擴(kuò)展功能板、ZigBee檢測(cè)終端擴(kuò)展功能板、ZigBee執(zhí)行終端擴(kuò)展功能板與核心板擴(kuò)展引腳連接原理圖。
[0031]圖5是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器擴(kuò)展功能板USB轉(zhuǎn)串口(PL2303)原理圖。
[0032]圖6是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器擴(kuò)展功能板IXD顯示屏原理圖。
[0033]圖7是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器擴(kuò)展功能板調(diào)試接口原理圖。
[0034]圖8是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器擴(kuò)展功能板LED燈和調(diào)節(jié)按鍵原理圖。
[0035]圖9是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee檢測(cè)終端工作模式示意圖。
[0036]圖10是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器工作模式示意圖。
[0037]圖11是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee執(zhí)行終端工作模式示意圖。
[0038]圖12是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee協(xié)調(diào)器工作流程示意圖。
[0039]圖13是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee檢測(cè)終端工作流程示意圖。
[0040]圖14是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)的ZigBee執(zhí)行終端工作流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖和工作過程對(duì)本實(shí)用新型一種基于LabVIEW和ZigBee的溫室智能控制系統(tǒng)技術(shù)方案做進(jìn)一步的描述。
[0042]實(shí)施例:如圖1到圖11所示，所述的所述的基于LabVIEW和ZigBee的溫室智能控制系統(tǒng)由PC上位機(jī)、ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端組成；其中，每個(gè)溫室中配有一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器，每個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器能配有多個(gè)ZigBee檢測(cè)終端和ZigBee執(zhí)行終端，ZigBee協(xié)調(diào)器與ZigBee檢測(cè)終端、ZigBee執(zhí)行終端通過IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議建立無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，ZigBee協(xié)調(diào)器通過串口通信與PC上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0043]所述的每個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器由一塊核心板和一塊協(xié)調(diào)器擴(kuò)展功能板組成，每個(gè)ZigBee檢測(cè)終端由一塊核心板和一塊檢測(cè)擴(kuò)展功能板組成，每個(gè)ZigBee執(zhí)行終端由一塊核心板和一塊執(zhí)行擴(kuò)展功能板組成，核心板采用CC2530F256芯片。
[0044]所述的ZigBee協(xié)調(diào)