果园产地地窖贮藏室智能测控系统研究

摘要

果品贮藏保鲜业既是促进果品生产加工的重要桥梁，也是提高广大果农果品收入的重要途径。与发达国家相比，目前我国果品贮藏保鲜业发展缓慢，果品保鲜成本高，设备和人力资源投资大，这使得大力发展高水平、高质量的果品贮藏保鲜技术成为一个亟待解决的问题。地窖贮藏室是广大农户普遍采用的果品贮藏方式，为了改变我国地窖贮藏以人工经验为主的管理方式，在深入研究地窖贮藏室发展现状的基础上，本方案研究出一套集数据采集、环境监测和自动控制于一体的果园产地地窖贮藏室智能测控系统。该系统由数据采集单元、分散采集单元、集中管理单元和计算机监控中心四部分组成，以ZigBee无线树型传感器网络为核心，对地窖贮藏室内的温度、湿度、CO2和O2浓度等参数进行采集与传输，通过计算机实时显示采集到的数据信息，并通过控制相应的执行机构实现自动调节地窖贮藏室内环境参数的功能。
　　地窖贮藏室对无线信号屏蔽严重，只用电池供电的小功率的数据采集单元无法保证数据稳定上传至安装在地窖口附近的集中管理单元，所以针对地窖的特殊环境，本系统通过在地窖贮藏室内建立树型ZigBee网络，将小功率的数据采集单元检测到的环境数据单向传输给分散采集单元，再由分散采集单元将数据整合和信号放大后传输至集中管理单元处理，控制相应的执行机构，对地窖环境进行相应地调整修正，同时将数据打包，通过串口上传至计算机，在计算机上显示当前地窖状况。经实验，该方案有效解决了地窖环境恶劣，无线信号不易传输的问题，省去复杂布线，测得数据更精确，控制操作更及时，使果品时刻处于最佳贮藏条件中。
　　地窖贮藏室智能测控系统的软件程序设计部分，主要包括集中管理单元程序设计和数据采集单元程序设计两部分。集中管理单元软件设计包含主程序设计、液晶显示程序设计和串口通信程序设计，主要作用是连接数据采集单元和上位机，实现对地窖贮藏室环境数据的准确采集与控制。数据采集单元程序设计包括了环境温湿度采集程序、O2浓度采集程序设计以及CO2浓度采集程序三部分，数据采集单元程序设计的主要功能是保证数据的正常采集和无线信号的有效传输。计算机数据处理部分采用多传感器数据融合算法，给出了该算法的结构设计，实现了系统的智能化精确调控。
　　通过多次长时间的对系统中各个部分的实验分析，果园产地地窖贮藏室智能测控系统中选用的各类传感器、无线收发模块、MSP430G2单片机以及液晶显示模块都基本完成了预期的目标任务。本文研究的地窖贮藏室智能测控系统具有功耗低、价格低廉、功能齐全和性能稳定等优点，可以大大降低人力成本，提高果品贮藏的农业生产效率。本方案完成了小型ZigBee树型网的搭建，成功实现了地窖贮藏室环境参数的连续检测，测得的数据准确可靠，满足了预期的效果。

目录

声明

摘要

1．引言

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外测控系统研究现状

1．3 国内外贮藏保鲜技术研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 论文的主要工作

2．ZigBee无线传感器网络技术

2．1 无线传感器网络技术介绍

2．2 树型网络拓扑结构

2．3 ZigBee技术简介

2．4 本章小结

3．地窖贮藏室智能测控系统硬件设计

3．1 地害贮藏室测控系统的总体框架设计

3．2 数据采集单元硬件设计

3．2．1 器件选型

3．2．2 MCU与无线模块通讯电路设计

3．2．3 传感器电路设计

3．3 分散采集单元硬件设计

3．3．1 器件选型

3．3．2 分散采集单元硬件电路设计

3．4 集中管理单元硬件设计

3．4．1 器件选型

3．4．2 集中管理单元硬件电路设计

3．5 本章小结

4．地窖贮藏室智能测控系统软件设计

4．1 集中管理单元软件设计

4．1．1 主程序设计

4．1．2 液晶显示程序设计

4．1．3 串口通信程序设计

4．2 数据采集单元软件设计

4．2．1 温湿度采集程序设计

4．2．2 O2浓度采集程序设计

4．2．3 CO2浓度采集程序设计

4．3 多传感器数据融合算法结构设计

4．3．1 单因子数据融合算法优化

4．3．2 多因子数据融合算法优化

4．4 本章小结

5．系统功能测试及实验分析

5．1 系统硬件测试

5．1．1 数据采集单元功耗特性

5．1．2 安全稳定性测试

5．1．3 LRF020硬件调试

5．2 系统软件测试

5．3 系统运行测试

5．4 本章小结

6．总结与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢