一種ZigBee技術的大棚農作物環境信息無線組網監測系統的製作方法

2023-05-28 10:50:41

本發明屬於無線通信與物聯網技術領域，涉及一種zigbee技術的大棚農作物環境信息無線組網監測系統。

背景技術：

大棚是一種可以改變植物生長環境、為植物生長創造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候對其影響的場所，大棚建造框架結構選用採光覆蓋材料作為全部或部分結構材料，可在不適宜植物生長的季節栽培植物，多用於低溫季節喜溫蔬菜、水果、花卉等植物栽培或育苗等功能。溫室生產可達到調節產期，促進生長發育，防治病蟲害及提高質量、產量的目的。隨著大棚農業生產的不斷發展，大棚農業生產方式雖然正慢慢從人力為主轉向機械作業為主，但是目前，大多數種植者還是沿用人工值守的方法來看管大棚，人力物力大量浪費，而且溫溼度控制並不理想，往往因為溫溼度控制不當造成農作物減產從而帶來經濟損失。另外，硬體設施好一些的大棚農作物生長環境信息的獲取一般通過人工記錄和分析，然後手工輸入計算機，由相應的軟體進行處理，將數據保存到資料庫，這種方式現場布線均為有線方式通信，安裝維護帶來不便，同時也增加人力資源成本比重。

我國大棚農業控制技術在引進與自我開發過程中逐步發展起來，但大多數還處於單控制器+單傳感器+執行機構這種狀態。總體來講還處於從簡單應用向實用化和綜合性應用過渡的階段。針對一定區域內信息和設備進行監測和控制多採用有線方式通信的傳感器，網絡在布線和維護過程中由於線路腐蝕和損壞造成網絡中斷，給大棚的農作物生產帶來影響。另外系統配置存在節點分布不均、數量偏少、數據採集不準、節點可靠性不高等問題，難於提供實時、準確的量化狀態信息，主要是靠人工經驗，被動地實現保溫、降溫、遮陽和防雨，而不能主動地調節溫、光、水、肥，這幾乎成了限制大棚作物優質高產的主要障礙。

近年來隨著電子信息技術的飛速發展，給大棚農業監測與管理技術帶來信息化變革，「設施農業」、「精準農業」、「智慧農業」概念應運而生。計算機控制與管理系統正在不斷吸收自動控制和信息管理領域新的理論和方法，結合大棚農作物種植特點，不斷創新，逐步完善，從而使大棚種植業實現真正意義上的現代化、產業化。

基於此，設計並完成一套針對大棚農作物環境信息多終端無線自組網監測系統，利用zigbee技術，融合物聯網與嵌入式控制技術，實現了終端節點對大棚農作物生長信息的實時採集、監測，大棚農戶可以實時了解大棚內農作物生長狀況，根據農作物空氣與土壤溫溼度等參數的變化情況進行動態調控。系統採用zigbee晶片cc2530構建終端採集節點、路由節點和協調器匯聚節點。終端採集節點周期性採集數據通過多跳路由和協調器上報到pc監控端和大棚農戶手機端。監測系統節點之間能夠自組織構建網絡，即使節點發生故障，網絡能夠自我修復，系統正常工作，組網通信協議簡單可靠，傳感器節點具有靈敏度高、測量準確、功耗低，無線感知、自治組網、節點布置靈活、可重複利用等優點，具有較大的市場競爭力和廣闊的應用前景。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，提供了一種zigbee技術的大棚農作物環境信息無線組網監測系統。

本發明所採用的技術方案如下：

本發明採用樹狀mesh拓撲結構，組建的網絡由協調器匯聚電路、路由節點電路、終端採集節點電路三種類型功能節點電路構成；

協調器匯聚電路負責整個網絡初始化，確定zigbee網絡id號和操作物理信道，並統籌短地址分配，提供數據路由和安全管理服務，包括巴倫配置電路、串行通信電路和zigbee主控器cc2530u1；巴倫配置電路與主控器cc2530u1實時通信，cc2530u1通過串行通信電路實現與主機pc數據傳輸。

路由節點電路與終端採集節點電路的硬體電路結構設計一致，均有對農作物生長環境信息的採集功能，終端採集節點電路負責信息採集，通過電路中射頻部分傳送信息到協調器匯聚電路。路由節點電路允許子設備加入網絡，多跳路由並協助終端採集節點電路進行通信，完成數據信息的轉發，延長數據傳輸距離。路由節點電路與終端採集節點電路的區別在於路由節點電路具有數據路由轉發功能，而終端採集節點電路不具備此種功能；

路由節點電路與終端採集節點電路均包括土壤溫溼度傳感器sht10、巴倫配置電路、現場液晶顯示電路12864和zigbee主控器cc2530u1；終端採集節點電路通過zigbee主控器cc2530u1將採集到的農作物土壤溫溼度信息處理，通過電路中射頻部分將巴倫配置電路優化後的信號發送，同時終端採集節點電路的現場液晶顯示電路12864實時顯示農作物生長信息；路由節點電路通過電路中射頻部分將接收採集電路的節點信息或者同級別路由節點電路轉發的數據信息，利用cc2530將信息處理進行轉發直到數據信息傳輸給協調器匯聚電路為止，同時路由節點電路的現場液晶顯示電路12864實時顯示當前路由節點採集的農作物生長信息。組建網絡包含一個協調器匯聚電路，依據監測區域範圍配置多個路由節點電路和多個終端採集電路。

協調器匯聚電路包括電源模塊、cc2530最小系統、巴倫配置電路和串行通信電路。

所述的cc2530最小系統包括u1、第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3、第四電容c4、第五電容c5、第六電容c6、第七電容c7、第八電容c8、第十六電容c16、第十七電容c17、第十八電容c18、第十九電容c19、第二十電容c20、第三十一電容c31、x1、x2、第一電阻r1、第二電阻r2、第一開關s1、第一電感l1。所述的第一電容c1的一端與第一電感l1及u1的引腳dvdd連接，第一電容c1的另一端接地。所述的第二電容c2的一端與第一電感l1及u1的引腳avdd_dreg連接，第二電容c2另一端接地。所述的第三電容c3的一端與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd5/avdd_soc連接，第三電容c3的另一端接地。所述的第四電容c4的一端與第一電感l1一端及u1的引腳avdd3連接，第四電容c4的另一端接地。所述的第五電容c5的一端與第一電感l1一端及u1的引腳avdd2及u1的引腳avdd1及u1的引腳avdd4連接，第五電容c5的另一端接地。所述的第六電容的一端c6與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd2及u1的引腳avdd1及u1的引腳avdd4連接，第六電容c6的另一端接地。所述的第七電容c7的一端與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd_guard連接，第七電容c7的另一端接地。所述的第八電容c8與第一電感l1的一端連接，第八電容c8的另一端接地。第一l1電感的另一端與供電電原3.3v連接。所述的x2一端與第十九電容c19的一端及u1引腳的p2_3連接，x2的另一端與第二十電容c20的一端及u1的引腳p2_4連接。第十九電容c19的另一端接地，第二十電容c20的另一端接地。所述的x1一端與第十八電容c18的一端及u1引腳的xosc32_q2連接，x1的另一端與第十七電容c17的一端及u1的引腳xosc32_q1連接。第十八電容c18的另一端接地，第十七電容c17的另一端接地。所述的第十六電容c16一端與u1的引腳dcoupl連接，第十六電容c16另一端接地。所述的第二電阻r2的一端與u1的引腳rblas連接，第二電阻r2的另一端接地。ui的引腳gnd接地。所述的第三十一電容c31的一端與第一電阻r1的一端及第一開關s1的一端及u1的引腳reset_n連接，第一電阻r1的另一端接地，第三十一電容c31的另一端與開關第一開關s1的另一端連接並接供電電源3.3v。

所述的電源模塊包括lm7111晶片、第二十一電容c21、第二十二電容c22、第二十三電容c23、第二十四電容c24、第二十五電容c25、第二十六電容c26。所述的第二十一電容c21的一端與第二十二電容c22的一端及lm7111晶片引腳vin連接並接5v供電電源，第二十一電容c21的另一端與lm7111的引腳gnd連接並接地。所述的第二十三電容c23的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十三電容c23的另一端接地。所述的第二十四電容c24的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十四電容c24的另一端接地。所述的第二十五電容c25的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十五電容c25的另一端接地。所述的第二十六電容c26的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十六電容c26的另一端接地。

所述的巴倫配置電路包括第二電感l2、第三電感l3、第四電感l4、第九電容c9、第十電容c10、第十一電容c11、第十二電容c12、第十三電容c13、第十四電容c14、第十五電容c15和p3。所述的第十九電容c9的一端與u1的引腳rf_p連接，第十九電容c9的另一端與第二電感l2的一端連接，所述的第十電容c10的另一端與第二電感l2的另一端連接。所述的第三電感l3的一端與第二電感l2的一端連接，第三電感l3的另一端連接。所述的第十二電容c12的一端與第三電感l3的一端連接。所述的第十一電容c11的一端與第二電感l2的另一端連接，第十一電容c11的另一端接地。所述的第十四電感l14的一端與第十一電容c11的一端連接，第十四電感l14的另一端與第十二電容c12的另一端及第十三電容c13的一端連接，所述的第十三電容c13的另一端接地。所述的第十五電容c15的一端與第十三電容c13的一端連接，第十五電容c15的另一端，與p3及第十四電容c14的一端連接。所述的第十四電容c14的另一端接地；

所述的串行通信電路包括d2、j1、第二十七電容c27、第二十八電容c28、第二十九電容c29、第二三十電容c30。所述的第二十七電容c27的一端的與d2引腳c1+連接，第二十七電容c27的另一端與d2引腳c1-連接。所述的第二十八電容c28的一端的與d2引腳c2+連接，第二十八電容c28的另一端與d2引腳c2-連接。所述的d2引腳vcc接5v供電電源，d2引腳gnd接地，d2引腳t1in與u1引腳p0_2連接，d2引腳r1out與u1引腳p0_3連接。所述的第二十九電容c29的一端的與d2引腳v+連接，第二十九電容c29的另一端接供電電源5v。所述的第三十電容c0的一端的與d2引腳v-連接，第三十電容c30的另一端接地。所述的j1引腳2腳與d2的引腳t1out連接，j1引腳3腳與d2的引腳r1in連接。

所述的晶片u1的型號為cc2530；電源分壓晶片型號為lm7111；串口通信電平轉換晶片d2的型號為max232。所述的x1採用32mhz，x2採用32.768mhz，p3代表是的天線，j1採用的是串口接口。

終端採集電路和路由節點電路硬體電路圖均包括電源模塊、cc2530最小系統、巴倫配置電路、液現場液晶顯示電路和農作物土壤溫溼度信息採集電路。

所述的cc2530最小系統包括，u1，第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3、第四電容c4、第五電容c5、第六電容c6、第七電容c7、第八電容c8、第十六電容c16、第十七電容c17、第十八電容c18、第十九電容c19、第二十電容c20、第二十七電容c27、x1、x2、第一電阻r1、第二電阻r2、第一開關s1、第一電感l1。所述的第一電容c1的一端與第一電感l1及u1的引腳dvdd連接，第一電容c1的另一端接地。所述的第二電容c2的一端與第一電感l1及u1的引腳avdd_dreg連接，第二電容c2另一端接地。所述的第三電容c3的一端與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd5/avdd_soc連接，第三電容c3的另一端接地。所述的第四電容c4的一端與第一電感l1一端及u1的引腳avdd3連接，第四電容c4的另一端接地。所述的第五電容c5的一端與第一電感l1一端及u1的引腳avdd2及u1的引腳avdd1及u1的引腳avdd4連接，第五電容c5的另一端接地。所述的第六電容的一端c6與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd2及u1的引腳avdd1及u1的引腳avdd4連接，第六電容c6的另一端接地。所述的第七電容c7的一端與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd_guard連接，第七電容c7的另一端接地。所述的第八電容c8與第一電感l1的一端連接，第八電容c8的另一端接地。第一電感l1的另一端與供電電原3.3v連接。所述的x2一端與第十九電容c19的一端及u1引腳的p2_3連接，x2的另一端與第二十電容c20的一端及u1的引腳p2_4連接。第十九電容c19的另一端接地，第二十電容c20的另一端接地。所述的x1一端與第十八電容c18的一端及u1引腳的xosc32_q2連接，x1的另一端與第十七電容c17的一端及u1的引腳xosc32_q1連接。第十八電容c18的另一端接地，第十七電容c17的另一端接地。所述的第十六電容c16一端與u1的引腳dcoupl連接，第十六電容c16另一端接地。所述的第二電阻r2的一端與u1的引腳rblas連接，第二電阻r2的另一端接地。ui的引腳gnd接地。所述的第二十七電容c27的一端與第二電阻r2的一端及第一開關s1的一端及u1的引腳reset_n連接，第二電阻r2的另一端接供電電源3.3v，第二十七電容c27的另一端與第三電阻r3的一端連接及接地，第三電阻r3的另一端與第一開關s1的另一端連接。

所述的電源模塊包括lm7111晶片、第二十一電容c21、第二十二電容c22、第二十三電容c23、第二十四電容c24、第二十五電容c25、第二十六電容c26。所述的第二十一電容c21的一端與第二十二電容c22的一端及lm7111晶片引腳vin連接並接5v供電電源，第二十一電容c21的另一端與lm7111的引腳gnd連接並接地。所述的第二十三電容c23的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十三電容c23的另一端接地。所述的第二十四電容c24的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十四電容c24的另一端接地。所述的第二十五電容c25的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十五電容c25的另一端接地。所述的第二十六電容c26的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十六電容c26的另一端接地。

所述的巴倫配置電路包括第二電感l2、第三電感l3、第四電感l4、第九電容c9、第十電容c10、第十一電容c11、第十二電容c12、第十三電容c13、第十四電容c14、第十五電容c15和p3。所述的第十九電容c9的一端與u1的引腳rf_p連接，第十九電容c9的另一端與第二電感l2的一端連接，所述的第十電容c10的另一端與第二電感l2的另一端連接。所述的第三電感l3的一端與第二電感l2的一端連接，第三電感l3的另一端連接。所述的第十二電容c12的一端與第三電感l3的一端連接。所述的第十一電容c11的一端與第二電感l2的另一端連接，第十一電容c11的另一端接地。所述的第十四電感l14的一端與第十一電容c11的一端連接，第十四電感l14的另一端與第十二電容c12的另一端及第十三電容c13的一端連接，所述的第十三電容c13的另一端接地。所述的第十五電容c15的一端與第十三電容c13的一端連接，第十五電容c15的另一端，與p3及第十四電容c14的一端連接。所述的第十四電容c14的另一端接地。

所述的現場液晶顯示電路包括一塊12864液晶顯示器和第四電阻r4。所述的12864液晶顯示器的第二腳rst連接供電電源5v；所述的12864液晶顯示器的第3腳到第10腳db7、db6、db5、db4、db3、db2、db1、db0分別連接u1的p2_0、p2_1、p2_2、p1_0、p1_1、p1_2、p1_3、p1_4；所述的12864液晶顯示器的第11腳e與u1的p1_5連接,第12腳rw與u1的p1_6連接；第13腳rs與u1的p1_7連接；第15腳vcc與供電電源的5v連接；第16腳gnd腳接地；第18腳cs2和第19腳cs1分別與u1的p0_0、p0_1連接；第四電阻r4的一端與供電電源5v連接，另一端與所述的12864液晶顯示器的第14腳v0端連接，中間滑動端與所述的12864液晶顯示器的第1腳vout連接。

所述的農作物土壤溫溼度信息採集電路選取具有防水功能的土壤溫溼度傳感器sht10，sht10第一引腳接地，sht10第4引腳接5伏電壓，sht10第2引腳data與u1的第17腳p0_2相連接，sht10第3引腳sck與u1的第16腳p0_3相連接。

所述的晶片u1的型號為cc2530；電源分壓晶片型號為lm7111；串口通信電平轉換晶片d2的型號為max232。所述的x1採用32mhz，x2採用32.768mhz，p3代表是的天線，j1採用的是串口接口。土壤溫溼度採集器選擇sht10；現場顯示液晶型號為lcd12864。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明實用性高，且操作方便；針對現有大棚農作物環境信息監測技術匱乏、網絡布線困難、監測效果不理想導致大棚農作物的產量和效益低下，鑑於此，面向大棚種植農戶結合無線通信技術以及物聯網技術構建一款農作物環境信息自組監測網絡系統；組建的農作物環境信息監測網絡具有自組織功能：網絡中的節點電路能夠感知其它節點電路的存在，並確定連接關係；若節點位置發生變動，節點發生故障等，網絡能夠自我修復，並對網絡拓撲結構進行相應的調整，無須人工幹擾，保證整個系統能夠正常工作。另外，系統選擇低功耗網絡節點通過自組織方式構成，網絡節點功耗低、工作時間長、成本低，可以實現危險區域的低成本無人連續在線監測，單個節點失效不影響測量效果，系統容錯性強。本發明已在大棚種植葡萄環境中對葡萄生長的土壤溫溼度信息進行自動組網監測成功應用。

附圖說明

圖1是本發明系統結構示意圖；

圖2是本發明系統協調器匯聚電路示意圖；

圖3是本發明路由節點電路與終端採集節點電路示意圖；

圖4是本發明終端採集電路工作流程示意圖；

圖5是本發明路由節點電路工作流程示意圖；

圖6是本發明協調器匯聚電路工作流程示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施過程進一步闡明本發明，但不構成對本發明的限制。

如圖1所示，大棚農作物環境信息無線自組網系統主要由協調器匯聚電路x、路由節點電路l和終端採集電路j三種功能電路構建監測網絡。組建網絡只有一個協調器匯聚電路，依據監測區域範圍配置若干個路由節點電路和若干個終端採集電路。其中終端採集電路主要負責採集大棚農作物生長信息，同時將採集的數據傳輸給路由節點電路或者協調器匯聚電路；路由節點電路主要負責將終端採集發送的數據信息轉發傳送給協調器匯聚電路，同時路由節點電路兼具農作物信息採集功能；協調器匯聚電路主要負責將終端採集電路採集到的數據和路由節點電路發送的數據信息融合，同時將數據信息通過串行通信的方式傳輸給pc機方便農戶實時查詢與控制。整個網絡節點電路之間自行組建通信網絡，即使路由節點電路出現故障無法工作，終端採集電路會重新搜索目標節點，自動更新路由數據重新組建通信網絡，不影響網絡正常工作運行。採用zigbee技術傳感器節點只需要很少的能量，既可以在多個傳感器之間相互協調，以接力棒的方式利用無線傳輸將數據信息從一個傳感器傳到另一個傳感器。

圖2所示，協調器匯聚電路包括電源模塊、cc2530最小系統、巴倫配置電路模塊和串行通信電路。

所述的cc2530最小系統包括u1，第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3、第四電容c4、第五電容c5、第六電容c6、第七電容c7、第八電容c8、第十六電容c16、第十七電容c17、第十八電容c18、第十九電容c19、第二十電容c20、第三十一電容c31、x1、x2、第一電阻r1、第二電阻r2、第一開關s1、第一電感l1。所述的第一電容c1的一端與第一電感l1及u1的引腳dvdd連接，第一電容c1的另一端接地。所述的第二電容c2的一端與第一電感l1及u1的引腳avdd_dreg連接，第二電容c2另一端接地。所述的第三電容c3的一端與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd5/avdd_soc連接，第三電容c3的另一端接地。所述的第四電容c4的一端與第一電感l1一端及u1的引腳avdd3連接，第四電容c4的另一端接地。所述的第五電容c5的一端與第一電感l1一端及u1的引腳avdd2及u1的引腳avdd1及u1的引腳avdd4連接，第五電容c5的另一端接地。所述的第六電容的一端c6與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd2及u1的引腳avdd1及u1的引腳avdd4連接，第六電容c6的另一端接地。所述的第七電容c7的一端與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd_guard連接，第七電容c7的另一端接地。所述的第八電容c8與第一電感l1的一端連接，第八電容c8的另一端接地。第一l1電感的另一端與供電電原3.3v連接。所述的x2一端與第十九電容c19的一端及u1引腳的p2_3連接，x2的另一端與第二十電容c20的一端及u1的引腳p2_4連接。第十九電容c19的另一端接地，第二十電容c20的另一端接地。所述的x1一端與第十八電容c18的一端及u1引腳的xosc32_q2連接，x1的另一端與第十七電容c17的一端及u1的引腳xosc32_q1連接。第十八電容c18的另一端接地，第十七電容c17的另一端接地。所述的第十六電容c16一端與u1的引腳dcoupl連接，第十六電容c16另一端接地。所述的第二電阻r2的一端與u1的引腳rblas連接，第二電阻r2的另一端接地。ui的引腳gnd接地。所述的第三十一電容c31的一端與第一電阻r1的一端及第一開關s1的一端及u1的引腳reset_n連接，第一電阻r1的另一端接地，第三十一電容c31的另一端與開關第一開關s1的另一端連接並接供電電源3.3v。所述的u1採用的是cc2530晶片。所述的x1採用的是32mhz。所述的x2採用的是32.768mhz。

所述的電源模塊包括lm7111晶片、第二十一電容c21、第二十二電容c22、第二十三電容c23、第二十四電容c24、第二十五電容c25、第二十六電容c26。所述的第二十一電容c21的一端與第二十二電容c22的一端及lm7111晶片引腳vin連接並接5v供電電源，第二十一電容c21的另一端與lm7111的引腳gnd連接並接地。所述的第二十三電容c23的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十三電容c23的另一端接地。所述的第二十四電容c24的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十四電容c24的另一端接地。所述的第二十五電容c25的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十五電容c25的另一端接地。所述的第二十六電容c26的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十六電容c26的另一端接地。

所述的巴倫配置電路包括第二電感l2、第三電感l3、第四電感l4、第九電容c9、第十電容c10、第十一電容c11、第十二電容c12、第十三電容c13、第十四電容c14、第十五電容c15和p3。所述的第十九電容c9的一端與u1的引腳rf_p連接，第十九電容c9的另一端與第二電感l2的一端連接，所述的第十電容c10的另一端與第二電感l2的另一端連接。所述的第三電感l3的一端與第二電感l2的一端連接，第三電感l3的另一端連接。所述的第十二電容c12的一端與第三電感l3的一端連接。所述的第十一電容c11的一端與第二電感l2的另一端連接，第十一電容c11的另一端接地。所述的第十四電感l14的一端與第十一電容c11的一端連接，第十四電感l14的另一端與第十二電容c12的另一端及第十三電容c13的一端連接，所述的第十三電容c13的另一端接地。所述的第十五電容c15的一端與第十三電容c13的一端連接，第十五電容c15的另一端，與p3及第十四電容c14的一端連接。所述的第十四電容c14的另一端接地。所述的u1採用的是cc2530晶片。p3代表是的天線。

所述的串行通信電路包括d2、j1、第二十七電容c27、第二十八電容c28、第二十九電容c29、第二三十電容c30。所述的第二十七電容c27的一端的與d2引腳c1+連接，第二十七電容c27的另一端與d2引腳c1-連接。所述的第二十八電容c28的一端的與d2引腳c2+連接，第二十八電容c28的另一端與d2引腳c2-連接。所述的d2引腳vcc接5v供電電源，d2引腳gnd接地，d2引腳t1in與u1引腳p0_2連接，d2引腳r1out與u1引腳p0_3連接。所述的第二十九電容c29的一端的與d2引腳v+連接，第二十九電容c29的另一端接供電電源5v。所述的第三十電容c0的一端的與d2引腳v-連接，第三十電容c30的另一端接地。所述的j1引腳2腳與d2的引腳t1out連接，j1引腳3腳與d2的引腳r1in連接。d2採用的是max232，j1採用的是串口接口。

所述的zigbee晶片u1的型號為cc2530；電源分壓晶片型號為lm7111；串口通信電平轉換晶片d2為max232。

圖3所示為終端採集電路和路由節點電路硬體電路圖(兩者硬體電路設計相同)均包括：電源模塊、cc2530最小系統、巴倫配置電路、液晶顯示電路和農作物土壤溫溼度信息採集電路。

所述的cc2530最小系統包括u1，第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3、第四電容c4、第五電容c5、第六電容c6、第七電容c7、第八電容c8、第十六電容c16、第十七電容c17、第十八電容c18、第十九電容c19、第二十電容c20、第二十七電容c27、x1、x2、第一電阻r1、第二電阻r2、第一開關s1、第一電感l1。所述的第一電容c1的一端與第一電感l1及u1的引腳dvdd連接，第一電容c1的另一端接地。所述的第二電容c2的一端與第一電感l1及u1的引腳avdd_dreg連接，第二電容c2另一端接地。所述的第三電容c3的一端與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd5/avdd_soc連接，第三電容c3的另一端接地。所述的第四電容c4的一端與第一電感l1一端及u1的引腳avdd3連接，第四電容c4的另一端接地。所述的第五電容c5的一端與第一電感l1一端及u1的引腳avdd2及u1的引腳avdd1及u1的引腳avdd4連接，第五電容c5的另一端接地。所述的第六電容的一端c6與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd2及u1的引腳avdd1及u1的引腳avdd4連接，第六電容c6的另一端接地。所述的第七電容c7的一端與第一電感l1的一端及u1的引腳avdd_guard連接，第七電容c7的另一端接地。所述的第八電容c8與第一電感l1的一端連接，第八電容c8的另一端接地。第一電感l1的另一端與供電電原3.3v連接。所述的x2一端與第十九電容c19的一端及u1引腳的p2_3連接，x2的另一端與第二十電容c20的一端及u1的引腳p2_4連接。第十九電容c19的另一端接地，第二十電容c20的另一端接地。所述的x1一端與第十八電容c18的一端及u1引腳的xosc32_q2連接，x1的另一端與第十七電容c17的一端及u1的引腳xosc32_q1連接。第十八電容c18的另一端接地，第十七電容c17的另一端接地。所述的第十六電容c16一端與u1的引腳dcoupl連接，第十六電容c16另一端接地。所述的第二電阻r2的一端與u1的引腳rblas連接，第二電阻r2的另一端接地。ui的引腳gnd接地。所述的第二十七電容c27的一端與第二電阻r2的一端及第一開關s1的一端及u1的引腳reset_n連接，第二電阻r2的另一端接供電電源3.3v，第二十七電容c27的另一端與第三電阻r3的一端連接及接地，第三電阻r3的另一端與第一開關s1的另一端連接。所述的u1採用的是cc2530晶片。所述的x1採用的是32mhz。所述的x2採用的是32.768mhz。

所述的電源模塊包括lm7111晶片、第二十一電容c21、第二十二電容c22、第二十三電容c23、第二十四電容c24、第二十五電容c25、第二十六電容c26。所述的第二十一電容c21的一端與第二十二電容c22的一端及lm7111晶片引腳vin連接並接5v供電電源，第二十一電容c21的另一端與lm7111的引腳gnd連接並接地。所述的第二十三電容c23的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十三電容c23的另一端接地。所述的第二十四電容c24的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十四電容c24的另一端接地。所述的第二十五電容c25的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十五電容c25的另一端接地。所述的第二十六電容c26的一端與lm7111晶片引腳vout連接，第二十六電容c26的另一端接地。

所述的巴倫配置電路包括第二電感l2、第三電感l3、第四電感l4、第九電容c9、第十電容c10、第十一電容c11、第十二電容c12、第十三電容c13、第十四電容c14、第十五電容c15和p3。所述的第十九電容c9的一端與u1的引腳rf_p連接，第十九電容c9的另一端與第二電感l2的一端連接，所述的第十電容c10的另一端與第二電感l2的另一端連接。所述的第三電感l3的一端與第二電感l2的一端連接，第三電感l3的另一端連接。所述的第十二電容c12的一端與第三電感l3的一端連接。所述的第十一電容c11的一端與第二電感l2的另一端連接，第十一電容c11的另一端接地。所述的第十四電感l14的一端與第十一電容c11的一端連接，第十四電感l14的另一端與第十二電容c12的另一端及第十三電容c13的一端連接，所述的第十三電容c13的另一端接地。所述的第十五電容c15的一端與第十三電容c13的一端連接，第十五電容c15的另一端，與p3及第十四電容c14的一端連接。所述的第十四電容c14的另一端接地。所述的u1採用的是cc2530晶片。p3代表是的天線。

所述的液晶顯示電路包括一塊12864液晶顯示器和第四電阻(滑動變阻器)r4。所述的12864液晶顯示器的第二腳rst連接供電電源5v；所述的12864液晶顯示器的第3腳到第10腳db7、db6、db5、db4、db3、db2、db1、db0分別連接u1的p2_0、p2_1、p2_2、p1_0、p1_1、p1_2、p1_3、p1_4；所述的12864液晶顯示器的第11腳e與u1的p1_5連接,第12腳rw與u1的p1_6連接；第13腳rs與u1的p1_7連接；第15腳vcc與供電電源的5v連接；第16腳gnd腳接地；第18腳cs2和第19腳cs1分別與u1的p0_0、p0_1連接；第四電阻(滑動變阻器)r4的一端與供電電源5v連接，另一端與所述的12864液晶顯示器的第14腳v0端連接，中間滑動端與所述的12864液晶顯示器的第1腳vout連接。所述的u1採用的是cc2530晶片。

所述的農作物土壤溫溼度信息採集電路選取具有防水功能的土壤溫溼度傳感器sht10，sht10第一引腳接地，sht10第4引腳接5伏電壓，sht10第2引腳data與u1的第17腳p0_2相連接，sht10第3引腳sck與u1的第16腳p0_3相連接。所述的u1採用的是cc2530晶片。

所述的zigbee晶片u1的型號為cc2530；電源分壓晶片型號為lm7111；土壤溫溼度採集器選擇sht10；現場顯示液晶型號為lcd12864。

如圖2所示為協調器匯聚電路，cc2530控制器以及外圍電路設計部分工作電壓由3.3v提供，串行通信電路工作電壓由5v提供，電路射頻部分採用阻抗匹配電路與天線饋線組成，用一個巴倫配置電路模塊優化處理，滿足輸入輸出匹配電阻(50歐)要求。zigbee處理器cc2530通過電路射頻部分收集終端採集電路與路由節點電路匯聚的數據信息並進行處理，通過串口通信上傳至pc機供大棚種植農戶實時監測與控制。電源模塊通過lm7111將5v電壓降壓為3.3伏，滿足電路工作需要。

圖3所示為終端採集電路與路由節點電路示意圖，終端採集電路與路由節點電路硬體電路設計兩者相同，區別在功能實現中，路由節點電路可以進行數據接力傳輸，終端採集電路無此項功能。終端採集電路選取cc2530作為主控制器，cc2530外圍電路設計部分工作電壓由3.3v提供，土壤溫溼度信息採集電路工作電壓由5v提供，現場液晶屏顯示電路工作電壓5伏提供，終端節點電路通過土壤溫溼度傳感器採集信息送給cc2530進行處理，利用電路射頻部分發送給協調器匯聚電路或者路由節點電路，一旦終端節點電路組網過程中連接的不是協調器是路由節點電路，則最終還是需要路由節點電路繼續轉發將採集的數據信息傳送給協調器匯聚電路，終端採集節點本身不具備路由轉發功能，現場端液晶顯示屏實時顯示終端節點採集的數據信息。路由節點電路選取cc2530作為主控制器，cc2530外圍電路設計部分工作電壓由3.3v提供，土壤溫溼度信息採集電路工作電壓由5v提供，現場液晶屏顯示電路工作電壓5伏提供，主要負責將終端採集的數據信息進行路由轉發直至傳送給協調器電路，同時路由轉發電路同時具備土壤溫溼度信息採集功能，液晶屏顯示電路只是顯示當前路由節點電路採集的數據信息，終端節點發送的數據信息在路由節點液晶顯示屏上不顯示，所有匯聚的數據信息通過協調器電路處理髮送至pc機端實時顯示。

圖4給出本發明終端採集電路工作流程示意圖，

終端採集節點電路主要負責採集土壤溫溼度信息，通過路由節點電路傳送到協調器匯聚節點。終端採集節點通電運行後，對終端節點設備進行初始化配置，終端節點通過調用zdo_start提出入網申請，搜索協調器節點或者路由轉發節點，一旦有父節點可以組網，終端採集電路調用zb_binddevicerequest發出綁定請求，綁定成功終端採集節點執行zb_senddatareques周期性發送採集的數據信息。

圖5是本發明路由轉發電路工作流程示意圖，

路由節點一旦監測到網絡會自動綁定到一個響應的協調器節點或者父路由節點，申請加入網絡。路由節點電路通電後進行設備初始化配置，路由節點電路不斷搜索是否有可以加入的監測網絡，一旦監測到有父路由節點電路或者協調器許可路由節點電路入網，則路由節點調用startoption加載系統引導項，啟動路由轉發功能，將收集的所有數據信息發送給父路由或者協調器。入網成功後一旦有其它節點電路對本次路由節點電路提出入網申請，需要判斷申請節點電路類型，以便為節點配置系統加載項，分配網絡地址完成節點入網工作，實現多跳數據轉發。

圖6是本發明協調器匯聚電路工作流程示意圖，協調器電路軟體設計包括設備初始化配置、協調器組網、路由轉發電路和終端採集電路入網等工作，協調器是整個監測網的組網核心，所有數據的匯聚經過協調器傳輸到上位機供大棚種植戶實時監測與管理。系統上電運行後，對設備進行初始化配置，節點作為協調器電路構建zigbee網絡的第一層，即網絡的控制中心(所有數據都需要經過協調器進行匯聚處理)，網絡不斷監聽是否有路由節點電路或者終端採集電路提出入網申請，一旦子節點入網成功設置子節點系統加載項，並為子節點分配網絡地址(panid)，節點設備使用短地址通信。協調器電路不管系統監測網絡是否有子節點加入都會實時更新並收集子節點發送給協調器的數據信息，協調器將匯聚的數據信息通過串行通信上報至pc端，供大棚種植戶實時監控。