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基于Zigbee的智能温室大棚系统（附详细使用教程+完整代码+原理图+完整课设报告）

花匠小妙招
2024-11-09 07:33

项目专栏：【Zigbee课程设计系列文章】（附详细使用教程+完整代码+原理图+完整课设报告）

前言

由于无线传感器网络（也即是Zigbee）作为物联网工程的一门必修专业课，具有很强的实用性，因此很多院校都开设了zigbee的实训课程；同时最近很多使用了我的单片机课设的同学又来私信咨询我基于Zigbee的的课程设计的相关问题；所以为了帮助各位有需要的同学顺利完成自己的课程设计，有个顺利的假期，同时为了方便各位想要学习ZigBee的同学查找学习，建立了本专栏。但是由于笔者正在读研，每天的任务比较重，只能在从实验室回来后，晚上抽一个小时的时间来写，所以，更新不易，靠爱发电。

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正在更新中~ ✨

我的项目环境：

平台：Windows 11编译器：IAR for 8051 8.10Zigbee协议栈：Zstack-CC2530-2.5.1a芯片型号：CC2530

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课设项目专栏：【Zigbee课程设计系列文章】（附详细使用教程+完整代码+原理图+完整课设报告）

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考，代码链接以及电路图已经放在文末，点击获取

基于Zigbee的智能温室大棚系统（附详细使用教程+完整代码+原理图+完整课设报告）智能温室大棚系统零、技术介绍一、需求分析二、模块分析三、终端节点硬件设计四、软件代码五、使用教程、实现效果六、获取源代码以及电路原理图

智能温室大棚系统

设计要求
基于Zigbee协议栈和Zigbee节点构建智能温室大棚系统。该系统利用多个Zigbee传感器监测节点采集温室环境各项数据，汇聚于协调器，由协调器节点控制各种遮光帘、显示及报警设备。协调器可以以串口通信上传数据于PC端。

设计方法
智能温室大棚环境部署多个Zigbee监测节点，采集环境数据，有协调器串口传输至PC端，PC端可以串口打印显示，并能实时反向控制各个监测节点。

零、技术介绍

Zigbee是一种新兴的低成本，低复杂度，低功耗，低数据速率，低成本无线网络技术，是无线标记技术和蓝牙技术之间的技术方案。主要用于短距离无线连接。它是基于802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间协调实现通信。这些传感器需要非常低的功耗，并且通过无线电波将数据从一个传感器传输到另一个传感器，因此效率非常高，优势极大。

一、需求分析

首先是终端节点，功能有：采集信息发送给协调器、接收协调器的控制信息对控制模块进行操作
其次是协调器节点，功能有：串口发送收到的信息、反向发送控制信息

系统总体架构图

二、模块分析

终端节点
传感器部分：需要有空气温度、空气湿度、土壤湿度、光照强度传感器模块
控制模块：遮光帘、水泵、透气扇（均为通过继电器控制）

协调器节点
串口发送信息给上位机

三、终端节点硬件设计

空气温湿度模块
大棚内温度直接影响植物的生长发育和产量。温度的监测可以帮助调节大棚的通风和加热设备，保持较为稳定的温度条件。湿度对植物的水分供给和蒸腾作用具有直接影响。湿度的监测可以通过湿度传感器进行实时检测，可以帮助调节大棚的灌溉和通风设备，维持适宜的湿度条件。因此设计温湿度模块对于大棚来说是非常必要的。
DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。其精度湿度±5%RH，温度±2℃，量程湿度5~95%RH，温度-20~+60℃。具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。同时由于CC2530的引脚紧张，而DHT11仅占用一个引脚。因此大棚空气温湿度选用DHT11模块来检测。
模块实物如下图：（不同的DHT11均可，这里仅选手头的一款）

其中DATA接P0.6口，具体的电路设计如下图：

土壤湿度模块
土壤湿度对大棚中农作物有着较大的影响。土壤湿度过低，形成土壤干旱，光合作用不能正常进行，降低作物的产量和品质；严重缺水导致作物凋萎和死亡。土壤湿度过高，恶化土壤通气性，影响土壤微生物的活动，使作物根系的呼吸、生长等生命活动受到阻碍。根系缺氧、窒息、最后死亡。因此，实时监测土壤的湿度，并且对其做出控制很有必要。
土壤湿度传感器并无固定型号，但是由于CC2530通用IO口较为紧张，因此笔者选用了一款有模拟信号输出传感器模块，仅仅占用一个引脚。如图：

CC2530的AD转换在P0口，所以该模块的模拟电压接入P0.0口
具体的电路设计如下图：

光照强度模块
“万物生长靠太阳”,进行大棚种植,光照的作用更是不可忽视。实时监测光照的强度，当光照强度过强关闭遮光帘，反之则打开遮光帘。
BH1750是IIC通信16位数字光强传感器，它的识别范围从1lx - 65535lx，范围大，分辨率高，价格低。因此采用BH1750模块监测光强，如下图所示。

将SCL与SDA分别接入P0.4、P0.5口，ADDR接地。
具体的电路设计如下图：

控制模块
正在更新中

整体电路图
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四、软件代码

终端节点采集传感器信息并发送主要代码（为了使得文章精简，省去iic.c、DHT11.c、BH1750.c等等自定义函数展示，但是在文件中都有）

// 获取mac地址赋值给待发送信息 osal_memcpy(MACAddr , NLME_GetExtAddr() , 8); for(i = 0;i<8;i++) { buf[i]=MACAddr[i]; } //温度检测 DHT11(); buf[8]=wendu_shi+48; buf[9]=wendu_ge%10+48; buf[10]=shidu_shi+48; buf[11]=shidu_ge%10+48; // 土壤湿度ADC转换 HalAdcSetReference( HAL_ADC_REF_AVDD ); adc1=HalAdcRead(HAL_ADC_CHANNEL_0, HAL_ADC_RESOLUTION_12); v=((2047-adc1)/2047.0)*10000; buf[12]=v/1000+48; buf[13]=v%1000/100+48; buf[14]=v%1000%100/10+48; buf[15]=v%1000%100%10+48; // 光照强度转换 guangqiang = Read_BH1750_Data(); buf[16] = guangqiang/100+48; buf[17] = guangqiang%100/10+48; buf[18] = guangqiang%100%10+48; if ( AF_DataRequest( &Point_To_Point_DstAddr, &SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID, 19, buf, &SampleApp_TransID, AF_DISCV_ROUTE, AF_DEFAULT_RADIUS ) == afStatus_SUCCESS ) { } else { // Error occurred in request to send. } 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344

协调器节点接收到终端节点信息串口发送给上位机

else if(SampleApp_NwkState == DEV_ZB_COORD)//如果本节点是协调器节点 { uint8 i; uint16 temp;//计数临时临时存储短地址 //网蜂 16 进制转 ASCII 码表 uint8 asc_16[16]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'}; temp=pkt->srcAddr.addr.shortAddr; //读出数据包的 16 位短地址 HalUARTWrite(0,"NET Addr:0x",11); //提示接收到数据 /****将短地址分解， ASC 码打印*****/ HalUARTWrite(0,&asc_16[temp/4096],1); HalUARTWrite(0,&asc_16[temp%4096/256],1); HalUARTWrite(0,&asc_16[temp%256/16],1); HalUARTWrite(0,&asc_16[temp%16],1); HalUARTWrite(0,"n",1); // 回车换行 /***********打印MAC地址***************/ HalUARTWrite(0,"MAC Addr:0x",11); for(i=0;i<8;i++){ HalUARTWrite(0,&asc_16[(pkt->cmd.Data[i]/16)],1); HalUARTWrite(0,&asc_16[(pkt->cmd.Data[i]%16)],1); } HalUARTWrite(0,"n",1); /***********温度打印***************/ HalUARTWrite(0,"Temp is:",8); //提示接收到数据 HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[8],2); //温度 HalUARTWrite(0,"n",1); // 回车换行 /***************湿度打印****************/ HalUARTWrite(0,"Humidity is:",12); //提示接收到数据 HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[10],2); //湿度 HalUARTWrite(0,"n",1); /***************土壤湿度打印****************/ HalUARTWrite(0,"turang shidu is:",16); //提示接收到数据 HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[12],2); //turang shidu is:01.85% HalUARTWrite(0,".",1); HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[14],2); HalUARTWrite(0,"%",1); HalUARTWrite(0,"n",1); /**************串口打印光照强度**********/ HalUARTWrite(0,"light Value is:",15); HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[16],3); //light value is ***lux HalUARTWrite(0," luxnn",5); // 输出单位回车换行 } break; 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950

协调器节点接收到串口信息无线转发给终端节点

void SampleApp_SendSerialCMDToPointMessage(mtOSALSerialData_t *cmdMsg) { uint8 i;//i 计数 uint8 msg[3]; uint8 *str = NULL; str = cmdMsg->msg; Point_To_Point_DstAddr.addrMode = (afAddrMode_t)Addr64Bit;//点播 Point_To_Point_DstAddr.endPoint = SAMPLEAPP_ENDPOINT; for(i=1;i<=8;i++) { Point_To_Point_DstAddr.addr.extAddr[i-1] = str[i];//目标硬件地址 } for(i=0;i<=2;i++) msg[i]=cmdMsg->msg[8+i]; if ( AF_DataRequest( &Point_To_Point_DstAddr, &SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID, 3, msg, &SampleApp_TransID, AF_DISCV_ROUTE, AF_DEFAULT_RADIUS ) == afStatus_SUCCESS ) { } else { // Error occurred in request to send. } } 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132

终端节点收到协调器控制信息执行控制动作

if((pkt->srcAddr.addr.shortAddr==0x0000) // 如果信息来自协调器且本节点是终端节点或路由器节点 &&(SampleApp_NwkState == DEV_ROUTER) ||(SampleApp_NwkState == DEV_END_DEVICE)) { HalLedBlink( HAL_LED_4, 4, 50, (1000 / 4) ); } 123456