带定位信息的粮库温湿度监测系统

摘要

随着电子技术、计算机应用技术、通讯技术及网络技术的进步和发展，农业产品的存储方式也步入了现代化和科学化的时代。粮库的温度和湿度是粮库粮食安全储藏的主要参数，可以反映粮食的存储情况，也是粮食监管及采取措施的主要依据。对粮食温湿度的监测技术是科学保粮的关键技术之一，为科学及安全储粮提供了技术保证和科学依据。
　　 本文将无线传感器网络技术和计算机技术应用于粮库的温湿度监测系统。针对该环境下测量粮食温度的需求，设计了一种基于ZigBee技术的带有定位信息的粮库温湿度监测系统。系统设计依据低成本、低功耗和高可靠性的原则，利用ZigBee无线传感器网络技术在粮库组成无线通信网络，通过该无线网络定时采集粮库的温湿度数据，并进行数据的分析处理及储存，最终显示在监测中心，直观地呈现在监测者面前。
　　 本论文首先分析粮食存储的重要意义及粮库监测系统当前的研究现状，对粮库温湿度监测的意义进行简单的阐述，介绍几种常见的无线通讯技术及选择ZigBee技术的原因。然后对ZigBee技术的特点、协议体系结构及各个子层做较详细的介绍，并针对ZigBee的安全性进行说明。考虑到在实际应用中ZigBee网络的组网是应用的关键，论文介绍了ZigBee网络的设备类型、ZigBee网络的拓扑结构及其形成的过程。由于所设计的粮库温湿度监测系统带有定位信息，本文进一步探讨定位技术及其分类方法，并对基于测距的定位算法进行重点分析，介绍一些相关算法，特别针对CC2431的定位引擎及其工作原理、影响参数进行分析。
　　 本论文基于以上理论依据设计粮库无线监测系统，文中分别从网络协调器、监测节点及信标节点的硬件和软件设计三大部分介绍开发平台，利用LabVIEW设计系统的监测软件，并给出部分电路图及实现代码。本文进行了粮库温湿度监测系统的模拟温湿度采集测试、定位测试及组网测试，并给出相关的测试结果及分析。本文的实验测试表明，文中提出的带定位信息的粮库温湿度监测系统达到了预期目标。

目录

摘要

Contents

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 粮库环境监测系统的技术要求及国内外研究现状

1．3 无线通讯技术研究现状及通信标准的选择

1．4 课题工作及论文构成

第二章 ZigBee协议规范研究及分析

2．1 ZigBee技术简介

2．2 ZigBee协议的体系结构

2．2．1 物理层

2．2．2 媒体访问控制层

2．2．3 网络层

2．2．4 应用层

2．3 ZigBee的安全性能

2．4 ZigBee网络概述

2．4．1 ZigBee网络设备类型

2．4．2 ZigBee网络拓扑结构

2．4．3 网络拓扑的形成过程

2．5 本章小结

第三章 无线传感器网络定位技术

3．1 定位技术简介

3．2 无线传感器网络定位技术

3．2．1 计算节点位置的算法

3．2．2 基于测距的定位算法

3．3 ZigBee定位原理

3．3．1 CC2431定位引擎

3．3．2 CC2431定位引擎原理

3．3．3 定位参数的影响

3．4 本章小结

第四章 基于ZigBee的粮库监测系统设计

4．1 系统设计概述

4．2 温湿度监测系统结构硬件设计

4．2．1 网关节点硬件设计

4．2．2 监测节点硬件设计

4．2．3 信标节点硬件设计

4．3 系统软件设计

4．3．1 Z-stack协议栈及开发环境

4．3．2 网络协调器软件设计

4．3．3 信标节点软件设计

4．3．4 SHT11测温原理

4．3．5 监测节点软件设计

4．3．6 监测软件上位机设计

4．4 本章小结

第五章 系统调试与分析

5．1 温湿度采集实验

5．1．1 传感器数据采集实验

5．1．2 节点通信实验

5．2 定位测试实验

5．2．1 定位测试方案

5．2．2 定位测试结果及分析

5．3 组网模拟测试

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

声明

致谢

附录 系统实物图