基于ZigBee与GPRS的农业大棚环境监测系统的设计和实现

要采用CC2530芯片和低功耗射频前端CC2591，它主要用于功率放大，大大简化了射频电路的设计。TI公司的CC2591是高性价比和高性能的2.4 GHz RF前端，适合低功耗低电压2.4 GHz无线应用，CC2591的输出功率高达22 dBm,集成了开关，匹配网络和平衡/不平衡电路，电感，功率放大器(PA)以及低噪音放大器(LNA)，可以用在所有的2.4GHz ISM系统，无线传感器网络，无线工业系统，IEEE802.15.4和ZigBee系统，无线消费类电子系统和无线音频系统。CC2530与CC2591主要部分硬件连接如图3所示。

当HGM为高电平，表示CC2591接收数据时，LNA是高增益模式;当HGM为低电平，表示CC2591接收数据时，LNA是低增益模式。而EN引脚和PA_EN引脚在CC2591正常工作时候置为高电平，当其进入低功耗模式时候，将其置为低电平，这样可以降低功耗。CC2530的I/O端口P1_1，P1_4，P0_7连接CC2591的HGM、EN、PA_EN引脚实现由单片机来控制CC2591。

2.2 终端节点的软件设计

无线传感器网络节点的数据传输采用基于802.15.4标准的ZigBee无线传输协议，使用API操作模式。API操作模式通常应用于较复杂的网络传输，通过改变目标地址来实现点对多点的数据传输任务，传输结束后返回确认信息(或已发送成功，或发送失败)。接收数据时可以额外接收到发送端模块的发送信息，对节点进行远程参数配置后，实现整个网络信息系统的在线参数配置，分配系统资源。

当协调器运行后，协调器便建立了ZigBee网络。周围的节点纷纷加入到网络中，当节点加入到网络中时。这里设置一些发送事件(如发送温度，湿度等数据)，在该事件中我们可以调用传感器的采集程序，处理完数据后便把数据发送出去。网络节点的工作过程大体如图4所示。

其中sendTheMessage()函数中调用传感器采集程序并对数据进行处理，然后调用AF_DataRequest()进行数据的发送。此外在sendTheMessage()函数中我们还对数据进行简单的判断，如果出现异常(如温度过高等)，设置osal_start_timerEx (GeneicApp_TaskID，SEND_DATA_EVENT，1 000);即1 s发送一次数据;而正常情况下为15 min发送一次数据。这种设计方法既能实现低功耗，减轻网络的通讯压力，不至于引发局部网络瘫痪的现象，还可以较好地保证实时性，提高信息可靠性。

3 网关节点设计

网关节点的主要任务是转发采集的数据。它一方面通过ZigBee协调器与传感器网络相连接，另一方面通过GPRS通信模块与Internet外部网络连接。实现两种协议直接的转换，发布远程数据中心的监测任务，也要把收集到的数据发送到与Internet网络相连的远程数据中心。GPRS与Internet网络的无缝连接，可以达到数据连续传输的目的。网关节点主要由CC2530芯片模块、GPRS通信模块以及电源模块组成，其结构如图5所示。CPRS通信采用华为公司的GTM900 GPRS模块，它是当今市场上尺寸最小的三频GPRS模块之一，完美地支持语音通信和短消息方式通信的功能，可以用于实现实时通信与手机信息交互的功能，以便及时地处理情况。GTM900内嵌的TCP/IP协议与Internet网络的协议相同，易与Internet网络相连，此外它支持AT命令操作，利用指令AT%IPOPEN=“TCP”，“219.136.10.247”，60000便可建立与Internet连接，便捷了开发与使用。

4 管理软件设计

本系统的管理平台软件是基于.NET平台下开发，使用SOCKET套接字实现TCP/IP协议;运用C/S模式实现多点控制。首先是服务端设计，主要是用于数据的转发。当服务端收到来自于网关的数据时便转发给其他的客户端包括电脑客户端或者智能手机客户端。

5 实验结果

为了试验所搭建的系统的性能，本文选用苏州市太仓现代农业基地作为试点。选用5个网络节点，一个网关节点和笔记本电脑形成监测平台。实验数据通过网关传到上位机，在上位机上可以实时看到数据，实验显示，在树林里传输距离能够达到50 m，可以满足温室大棚环境监测的需要。其中服务端数据图6所示。

6 结论

本文针对温室大棚提高产量及质量的需求，设计了基于无线传感器网络的环境监测系统，用于温室环境参数的实时监测。着重介绍了，无线传感器网络的体系结构、节点的软硬件设计以及通过GPRS技术远程传输。无线传感器网络利用节点功耗低、工作时间长、成本低等特点，实现在线监测，为科学的种植提供科学依据。