卢建华
（滦县住房与城乡建设局，河北滦县063000）
中图分类号：TP274.4文献标识码：A文章编号：1003-2738（2012）01-0000-01
摘要：本文简单简单介绍嵌入式单片微机在网络化温室信息检测中的应用，以农田信息的传输方式为主线，重点介绍了基于ZigBee技术的的无线温室环境测控系统。无线网络技术的发展使得温室信息测控等农田设施发展在嵌入式系统的智能化和网络化方面进一步提高。
关键词：嵌入式单片机；无线智能温室；ZigBee技术
一、绪论
温室智能化控制系统是近年来发展起来的设施节约型农业技术，在充分利用自然资源的基础上，通过计算机综合控制，调节环境中的湿度、温度、光照强度等因子来获得作物生长的最佳条件，从而达到作物增产、调节生长周期、改善品质、提高经济效益的目的。传统的温室环境测控系统由简单的单片机控制，系统运算能力低，难以完成复杂的控制算法。嵌入式单片微机系统不仅增加了温室系统的网络支持、并且其出发能力和系统的稳定性也有很大的提高。同时降低了系统开发的难度、成本和消耗、满足温室计算机控制系统日益复杂化的需要。嵌入式单片微机在农田设施的发展以及网络传输技术的发展使得农田信息得到精准的判断和实施的控制。
二、嵌入式系统单片机的发展
（一）嵌入式系统和单片机的发展。
嵌入式系统和单片机都起源于20世纪70年代，以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性的特点，以及表现出的智能化水平使得微型机被引入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。21世纪初，嵌入式计算机系统进入了单芯化的道路，即嵌入式系统独立发展的单片机的时代。其模式设计是完全按照嵌入式应用要求全新设计，满足嵌入式应用要求的体系结构、微处理器、指令系统、总线方式等。嵌入式系统经过很长一段时间单片机发展的道路，不仅能够实现最底层的嵌入式系统的应用，网络、通信、多媒体的高端应用也可以通过嵌入式单片机系统实现。
（二）嵌入式单片微机在智能化温室中的发展和应用。
温室智能化控制系统是近年来发展起来的节约型农业技术，通过计算机综合控制，调节环境中的湿度、温度、光照强度等因子来获得作物生长的最佳条件，从而达到作物增产、调节生长周期、改善品质、提高经济效益的目的。嵌入式单片微机系统实现对温室环境的精准控制和检测，是智能化温室环境的核心。承载无线网络模块的单片机的开发为温室智能控制系统提供了网络技术支持，并且其使用成本低，系统稳定可靠等优点确定了其成为未来农田信息系统的发展趋势。
三、网络化智能温室系统的构成
（一）网络智能温室的分类。
智能化温室系统根据信息传输方式可分为有线通信方式和无线通信方式两种。有线通信方式主要有两种形式，CAN总线通信方式和基于掌上电脑的通信方式，这两种形式已被广泛应用于农业机械多传感器集成和农田信息采集；无线通信方式可分类为长距离通信和短距离通信。长距离通信主要借助于移动通讯网络如GSM，GPRS等，用于设备远程监控与农业信息远程采集。短距离通信方式如蓝牙、ZIGBEE、RFID等，两种温室各有其优缺点，应根据具体的设施环境和要求选择和合适的信息传输方式。
（二）网络化智能温室系统的结构。
网络型温室环境采集控制系统由智能模块为核心的采集控制系统和处理系统构成，两者通过局域网交换机连接。处理系统主要完成数据数据接收、显示处理、参数设置、查询与分析功能，采集控制系统主要完成空气湿度、叶面湿度、土壤温度、空气温度、光照强度、营养液液位、CO2浓度、EC值与PH值等温室传感器信息的实时采集、显示、和存储。
（1）采用CAN总线技术的有线智能化温室系统。
控制器局域网(ControllerAreaNetwork，简称CAN)总线是目前国外大型农机设备普遍采用的一种标准总线，已被国际标准化组织认证，其控制芯片已经商品化，而且性价比高，因此基于CAN总线技术的控制系统是农业信息传输系统向智能化发展的理想系统。
（2）无线温室环境控制系统。
在一些特殊环境采用有线方式传输数据是很困难的，甚至不可能的，此时采用无线方式能实现农田信息的自动测量和自动传输。ZigBee技术是一种最近发展起来的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，是一种短距离通信传播技术，广泛应用在温室系统中，其工作频带范围在21400---214835GHz之间，采用IEEE80211514规范要求的直接序列扩频方式，数据速率达250kB／s。此外，短距离传输技术还有RFID技术，RFID即无线射频识别。一个RFID系统都是由3部分组成：阅读器、标签和天线。其原理是标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行相关数据处理。这种技术开始应用于湿度、光照、温度和振动等无线标签式传感器之中。
四、基于ZigBee技术的温室检测系统
ZigBee技术是近年来才兴起的无线网络通信技术。这种崭新无线网络通信技术具备低功耗、低成本、短时延、高容量等特点使ZigBee技术非常适合在无线数据传输、无线传感器网络等方面的应用，为农业设施远程测控系统从示范到实用的研究搭建了一个不可多得的技术平台。
IEEE802.15．4标准支持多种网络拓扑结构，包括具有层次发散链式结构、主从工作模式的测控系统的结构，根据农业设施测控系统的特点，所设计的具有层次发散链式结构的系统框。
其中工控机完成命令的发送、数据的接收、综合分析处理、显示和报警。协调器处在工控机外围的第一层，以有线通信的方式与工控机通信，负责将其下位机上传的数据与自身的数据捆绑在一起以一定的格式存储在自身的存储空间，再以约定的方式上传给工控机。处在末梢的传感器只负责采集上传数据。。
上述基于ZigBee技术的系统实现了温室环境检测中的中主要参数(如土壤湿度、温度、空气湿度、土光照强度等)检测与控制系统的内部无线自组网。
五、基于嵌入式单片微机的无线智能温室的发展趋势
ZigBee技术应用在智能化温室测控系统中是嵌入式单片微机应用在农业工程中的一个具体实例。其表现了初期建设周期短、投资小、易于升级、易于重组，尤其是承载ZigBee技术的片上系统的—无线单片机CC2430的应用，使得系统可以灵活便捷地组成适应不同规模、不同情况、不同要求的温室设施测控系统，并且所构建的系统成本次、功耗低、稳定可靠、具有低复杂度。
有线传输和无线传输各有其优势和劣势，不同的无线通信网络技术适用场合、环境各异。实践证明一无线信息传输为技术的农田信息传输方式具有开发周期短，维护方便，成本低。可靠性高等优点，有很好的开发和应用前景，为未来实现温室测控系统中的信息传输的嵌入式、自动化、智能化与网络化奠定了基础。
参考文献:
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