基于ZigBee技术的智慧农业实时采集和远程控制系统(温湿度 土壤水分 光照采集 仓储物流)

1. 什么是ZigBee技术

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。紫蜂协议。

ZigBee译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似。是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(Sensor and Control)。由IEEE 802.15工作组中提出，并由其TG4工作组制定规范。

ZigBee无线通信技术是基于蜜蜂相互间联系的方式而研发生成的一项应用于互联网通信的网络技术。 相较于传统网络通信技术，ZigBee无线通信技术表现出更为高效、便捷的特征。作为一项近距离、低成本、低功耗的无线网络技术，ZigBee无线通信技术其关于组网、 安全及应用软件方面的技术是基于IEEE批准的802 15.4无线标准。该项技术尤为适用于数据流量偏小的业务，可尤为便捷地在一系列固定式、便携式移动终端中进行安装，与此同时，ZigBee无线通信技术还可实现GPS功能。[1]

ZigBee技术本质上是一种速率比较低的双向无线网络技术，其由IEEE.802.15.4无线标准开发而来，拥有低复杂度和短距离以及低成本和低功耗等优点。其使用了2.4GHz频段，这个标准定义了ZigBee技术在IEEE.802.15.4标准媒体上支持的应用服务。ZigBee联盟的主要发展方向是建立一个基础构架，这个构架基于互操作平台以及配置文件，并拥有低成本和可伸缩嵌入式的优点。搭建物联网开发平台，有利于研究成果的转化和产学研对，是实现物联网的简单途径。

2. ZigBee技术特征和优点

其一，ZigBee能源消耗显著低于其他无线通信技术。通常而言，ZigBee开展传输处理过程中对应需求的功率为1MW。倘若ZigBee进入休眠状态，则其所需的功率将更低。通俗来讲，通过为装置有ZigBee的设备配备两节5号电池，该设备便可持续运行超过6个月的时间。

其二，ZigBee研发及使用所需投入的成本偏低。现阶段，ZigBee的成本普遍无需交付专利费。通常情况下，应用ZigBee过程中仅需交付最初的6美元，后续的实际操作便不会产生更高的费用。由此表明，ZigBee的研发及使用成本可为广大用户所接受。

其三， ZigBee具有较高的安全可靠性。 ZigBee可实现十分完备的检测功能，同时在应用ZigBee时需要进行反复的检验流程。如此一来，切实确保了ZigBee的安全可靠性。另外，ZigBee在传输数据过程中可确保数据流的相对平行性，换而言之，ZigBee可为数据提供宽广的传输空间。

优点：信息容量大的数据传输是ZigBee技术的主要特点，为了避免在传输数据的时候发生信号碰撞，产生不稳定的传输，它采用了高效的碰撞避免机制，较好地保障了数据的安全传输。 ZigBee技术的另外一个优点是兼容性能很强大，在进行操作时，可以连接家庭中的控制网络，而且不会发生碰撞，能很好地与网络相融合。ZigBee系统的持续时间不长，启动它的通信运作，用十五到三十分钟就可以了，在这么简短的时间内，系统能够快速地接收到用户发来的一切信息，而且在使用ZigBee技术的时候，它的工作时间很短，能耗非常的低，能节约成本地持续发展下去。 ZigBee在收发信息时，每个节点都能很好节约电。工作时间能够持续一到两年，满足每个家庭的普通需要。

3. ZigBee协议的结构

Zigbee的结构分为4层：分别是物理层，MAC层，网络/安全层和应用/支持层。 其中应用/支持层与网络/安全层由Zigbee联盟定义，而MAC层和物理层由IEE802.15.4协议定义，以下为各层在Zigbee结构中的作用：

物理层：作为Zigbee协议结构的最低层，提供了最基础的服务，为上一层MAC层提供了服务，如数据的接口等等。同时也起到了与现实（物理）世界交互的作用；

MAC层：负责不同设备之间无线数据链路的建立，维护， 结束，确认的数据传送和接收；

网络/安全层：保证了数据的传输和完整性，同时可对数据进行加密；

应用/支持层：根据设计目的和需求使多个器件之间进行通信。

4. 应用

ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝 牙之间的技术提案。ZigBee此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。

ZigBee技术的先天性优势，使得它在物联网行业逐渐成为一个主流技术，在工业、农业、智能 家居等领域得到大规模的应用。例如，它可用于厂房内进行设备控制、采集粉尘和有毒气体等数据；在农业，可以实现温湿度、PH值等数据的采集并根据数据分析的结果进行灌溉、通风等联动动作；在矿井，可实现环境检测、语音通讯和人员位置定位等功能。

例如，在智能家居领域中的实践应用，在仓储物流系统中的实践应用。

5.基于ZigBee的物联网环境数据采集系统

ZigBee技术适合用于数据采集系统的的特点, 基于ZigBee的数据采集系统的设计方案, 探讨ZigBee节点的硬件设计及其组网设计。 讨论基于CC2530芯片的数据采集节点的硬件设计方案，组网设计中的协调器建立网络、节点加入网络的设计方法, 以及数据采集系统的软件设计方法。最后通过采集ZigBee网络传感器数据的实验, 证明该方案能取得良好的通信效果。

利用ZigBee传感器网络、网关、服务器实现简单的数据采集系统。项目中把使用了三种传感器，分别是：温湿度传感器，烟雾传感器，光敏传感器。终端节点传感器采集到数据之后发送给协调器之后，由协调器通过串口将数据发至给电脑客户端，最后电脑客户端将串口发送上来的传感器数据使用套接字封装成http格式后通过post方式发送到服务端，并且存储到数据库中。客户端通过访问服务器，获取数据展示出来。

如图所示，本系统主要有传感器节点、协调器、网关、服务器、客户端四个部分组成。传感器部分采集温湿度，可燃气，光照数据。通过使用Zstack协议栈来进行zigbee传感器节点组网，使用c语言来控制zigbee终端节点io口采集到传感器数据，协调器再将数据通过串口上传到网关。网关部分从串口接收来自协调器发来的传感器数据，并以及解析从串口收到的数据，并且把数据封装成http格式通过post方式可以实现远程发送数据到服务器。客户端使用python从服务器获取数据，设计图形界面用于数据展示。

软硬件开发平台

软件：

VMware Workstation（linux OS）

TCP&UDP测试工具（测试）

Configure Virtual Serial Port Driver（测试）

IAR Embedded Workbench（CC2530 传感器）

sublime（C 网关）

IntelliJ IDEA .1.1（JAVA 服务器）

JetBrains CLion .3.4（Python 显示）

xampp（数据库）

串口调试助手（测试）

硬件：温湿度传感器、光照传感器、可燃气传感器、CC2530开发板*4

实现功能

通过传感器采集环境数据，并将采集到的数据进行处理后在客户端做展现，客户端可以查询某一日下的数据变化情况。

系统设计方案

数据格式：

• FF00 01 0600 1A 27

• FF00: 包标志 2Byte

• 01: 传感器类型 1Byte

• 0600: 短地址 2Byte

• 1A27: 传感器数据 1A：温度26 27：湿度39

• 传感器类型数据大小

• 温湿度 PACKET_DHT11_DATA_SIZE 2byte

• 光敏 PACKET_PHOTORESUSTANCE_DATA_SIZE 1byte

• 可燃气体 PACKET_COMBUSTIBLEGAS_DATA_SIZE 1byte

系统具体实现 （项目整体实现细节、各个模块的流程，关键代码）

传感器部分：

整体流程:

原文链接：/qq_30070433/article/details/73263632

如果觉得《基于ZigBee技术的智慧农业实时采集和远程控制系统(温湿度 土壤水分 光照采集 仓储物流)》对你有帮助，请点赞、收藏，并留下你的观点哦！