基于物联网的智能农田远程监控系统的设计

摘要

我国是农业大国，温室大棚种植已经成为一些地区的主要经济来源。温室大棚技术的不断改进，提高了农业的数字化和自动化水平。物联网是将无线传感器、RFID、嵌入式系统和计算机网络等进行结合而产生的一种新兴技术，农业生产领域结合物联网技术在我国还是一个相对较新的课题。
　　为了保证无线传感网络节点有效合理的分布在大规模温室大棚中，文章分析了传感器节点的传输距离和剩余能量之间的关系。通过MATLAB对其进行仿真，并对结果进行分析，得出改进后的LEACH路由协议算法更能够延长网络的生命周期，提高整个网络的通信效率。论文还建立了一个温室大棚的能耗模型，为温室大棚内网络拓扑结构的选择提供了理论依据。
　　系统采用ZigBee技术组建无线传感器网络，实现了温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度以及植物生长情况等信息的采集与传输，以及对水泵、灯光和排风等设备的无线远程控制。嵌入式网关是整个远程智能监控系统的控制中心，它由Tiny6410开发板、ZigBee模块和GPRS模块等构成，主要进行接收传感器终端采集的数据，发送和接收控制终端的指令，并对异常状况及时发送报警短信。采用Linux作为嵌入式平台的操作系统，首先进行嵌入式环境的搭建，然后对BootLoader、内核以及根文件系统的配置和移植，最后移植了Boa服务器、SQLite数据库、Mjpg-streamer等软件。编写了HTML静态监控网页，并采用B/S模式和动态CGI接口实现Boa服务器和静态网页之间的数据交互。同时，系统采用USB摄像头，通过PC端浏览器对温室大棚进行实时动态监测，实现远程在线查看作物的生长状况及病虫害等情况。整个监控系统搭建完成后，通过一键联动的功能，系统可以在不经过人工干预的情况下实现对温室环境的自动调节。登录PC机端浏览器上的监控网页，点击网页上相应的按钮实现对温室大棚内相应设备的打开或关闭。当温室中的环境参数出现异常时，系统可以通过GPRS模块发送短信提示用户。最后进行整体测试，系统基本能够实现预期的设计目标。

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第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外发展现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 系统的总体结构设计及关键技术

2.1系统的总体结构设计

2.2物联网技术

2.3传感器技术

2.4 ZigBee无线技术

2.5嵌入式系统

2.5本章小结

第3章 基于LEACH的改进算法及能耗模型的建立

3.1 LEACH路由算法

3.2 LEACH算法的改进

3.3仿真结果及分析

3.4温室大棚能耗模型的建立

3.5本章小结

第4章 监控系统的硬件电路设计与实现

4.1系统的整体硬件结构

4.2 ARM11硬件开发平台

4.3 ZigBee模块的设计

4.4 GPRS模块的设计

4.5传感器的选择

4.6控制终端电路的设计

4.7本章小结

第5章 嵌入式系统开发平台的设计与实现

5.1 ARM开发环境的建立

5.2 BootLoader的移植

5.3 Linux的内核移植

5.4根文件系统的制作

5.5 ZigBee软件的实现

5.6本章小结

第6章 智能远程监控系统软件的设计与实现

6.1构建嵌入式Boa服务器

6.2 CGI的设计及应用

6.3 Mjpg-streamer的移植

6.4 SQLite的移植

6.5远程登录界面的设计与系统测试

6.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及专利

致谢