易艺1，2，颜学龙1，郝建卫2
（1.桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西桂林541004；2.桂林电子科技大学信息科技学院，广西桂林541004）
0引言
大量的研究和实验数据表明[1，2]，利用电场、磁场等物理方法对植物的种子和幼苗进行适当处理可以繁育出高性价比的种苗。该方法不但可以克服化学诱导带来的污染、残留危害，而且能很好地激发种子酶的活力，增加种子萌发率、发芽势，增强抗病虫害能力，使种苗根系发达，促进植株生长等[3-5]。既为繁育濒危的药用植物和名贵蔬菜开辟了新途径，又为人们进行人工种植紧缺药用植物和名贵蔬菜提供了行之有效的方法。
目前，用于繁育植物种苗的磁电场诱导处理装置较为简陋[6]，没有安装传感器检测植物种苗生长所需要的环境因子，即温度、湿度、光照和CO2浓度等参数，也不考虑对这些参数的控制，使用户难以使用。在近距离操作时，用户易受到强磁电场的辐射，影响身体健康；远距离操作时，又无法实时看清繁育中的植物种子和幼苗。因此，对于植物种子和幼苗的处理，很难达到最佳的繁育效果[7]
1系统的组成和原理
子节点负责对大棚苗床中土壤的温湿度进行检测与控制，并将采集的数据通过ZigBee网络发送给主控节点的ZigBee协调器。在实际应用中，可依据监测苗床土壤面积的大小来调整子节点的个数。
主控节点既负责组建ZigBee网络，接收与发送苗床上多个子节点的命令和数据，又完成对苗床上空气的温湿度、光照强度和CO2浓度的检测与控制，并将采集的环境参数传给总节点。
2系统硬件设计
系统的硬件设计主要包括子节点的硬件设计、主控节点的硬件设计、总节点的硬件设计和Wi-Fi模块的硬件设计。
2.1子节点的硬件设计
子节点的硬件设计主要包含ZigBee终端节点、土壤温湿度检测模块和喷淋装置控制模块。它的作用是实现对苗床不同区域土壤温湿度参数的监测，其硬件设计框图如图2所示。
CC2530F256芯片集成有8051MCU、12位ADC和2.4GHz的RF收发器等丰富的片上资源[8]，结合TI公司的ZigBee协议栈Z-Stack可以实现ZigBee的组网[9]，实现数据和命令的无线传输，解决有线通信铺设、布线难的问题。
土壤温湿度采集模块采用搜博SLHT5土壤型温湿度传感器，其内置了瑞士Sensirion公司生产的SHT11传感器，内部集成有处理电路、ADC和串行接口电路，MCU通过串行总线可以获取已标定的温湿度数字数据。
喷淋装置控制模块由固态继电器和电磁阀组成，MCU通过控制固态继电器的吸合与断开来控制电磁阀的启停，从而达到对喷淋装置的控制。
2.2主控节点的硬件设计
主控节点的硬件设计主要包含ZigBee协调器节点、传感器检测模块（空气温湿度、光照、CO2）以及供热和遮阳装置控制模块，其硬件设计框图如图3所示。
ZigBee协调器节点选用CC2530F256芯片作为微控制器，对光照传感器、温湿度传感器和CO2传感器进行控制，获取苗床上空植物种苗生长所需要的环境因子（空气温湿度、光照、CO2浓度），并根据实际需要对供热和遮阳装置控制模块进行适当的控制，使苗床上空的环境因子达到繁育植物种苗的要求。
光照度的检测选用日本ROHM原装芯片BH1750FVI[10]作为传感器，其内集成有光敏二极管、运放、16位的ADC和处理电路，可将光照强度(1~65535lx)转化为已校准的数字信号，并通过I2C总线输出。
空气温湿度的检测选用AOSONG数字式温湿度传感器AM2305[11]，它能将空气温湿度转化为已校准的数字信号，并通过单总线输出。
CO2浓度的检测选用红外CO2传感器S8-0013模块，它能将CO2浓度（0~10000ppm）转化为已校准的数字信号，并通过TTL串口输出。
供热和遮阳装置控制模块由固态继电器和交流接触器组成，MCU通过控制固态继电器的吸合与断开来控制交流接触器的吸合与断开，从而达到对供热和遮阳装置的控制。
2.3总节点的硬件设计
[12]，并把它们和NiosII软核处理器集成到一块FPGA芯片上，接着在集成开发环境中用C语言完成程序的编写。在整个过程中，用VerilogHDL描述的逻辑电路与NiosII软核处理器相互协作，构成一个SOPC测控系统，承担与各个硬件电路、逻辑电路之间的数据传输、处理和控制等任务。
[13]。
HDMI模块选用ADI公司的HDMI发送控制芯片ADV7513，NiosII软核处理器既可以通过I2C总线对其寄存器进行配置，以实现接口模式和工作模式的初始化；又可以通过HDMI控制器实现HDMI驱动时钟和分辨率的切换。
2.4Wi-Fi模块的硬件设计
Wi-Fi模块是上位机与总节点进行数据和命令传输的中间桥梁，选用TTL串口转Wi-Fi模块USR-WIFI232-B来实现。总节点中的NiosII软核处理器通过UART控制器与Wi-Fi模块的TTL串口相连接，可以方便接入Wi-Fi无线网络，从而实现上位机与总节点之间数据和命令的相互传输。
3系统软件设计
系统的软件设计主要由总节点的软件、主控节点的软件、子节点的软件和上位机的客户端软件组成。
3.1总节点软件设计
3.2主控节点和子节点软件设计
主控节点的软件设计主要由光照传感器的I2C总线驱动程序、空气温湿度传感器的单总线驱动程序、CO2浓度传感器的串口驱动程序、固态继电器的控制程序和ZigBee协议栈Z-Stack的组网程序组成，主要完成总节点、主控节点与子节点相互之间的数据交换工作，并将监测到的各项环境参数送给总节点，其主程序流程图如图6所示。
子节点软件设计主要包含土壤温湿度传感器SHT11的驱动程序、固态继电器的控制程序和ZigBee协议栈Z-Stack的组网程序。其主程序流程图与主控节点的主程序流程图类似，不再赘述。
3.3上位机的客户端软件设计
4系统测试验证
2浓度测量仪和Takeme土壤温度水分测定仪测得的环境参数进行比对测试，得到测量结果如表1所示。
5结束语
参考文献
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