基于ZigBee的东北水稻育秧大棚智能监测系统设计

摘要

近年来，随着物联网技术的飞速发展，物联网技术已经逐渐深入各行各业。其中智慧农业也是物联网技术应用的一个重要领域。本文结合市场要求本为水稻育秧过程中各个时期的精准化管理以及对育秧过程的环境预测预警提供数据支持，达到以最小的能源消耗和最低的人工成本而获得最大化的优质水稻秧苗的产出。并建立一个长期、可靠的检测管理体系。让水稻育秧工厂培育出更茁壮的水稻秧苗，为东北水稻的高产，奠定良好的基础。
　　在本系统中对育秧大棚中的环境参数如空气温湿度，土壤墒情，二氧化碳含量以及光照强度这五个环境参数进行采集，并通过ZigBee的传感器网络和以太网对其进行监测的研究。及其主要内容如下:
　　(1)了解国内外农业大棚、育秧大棚，植物工厂发展现状，走访已经投入的智能农业大棚产品的使用情况。分析这些智能大棚所采用的具体技术、实现方法与设计方案。以及包括已经投入使用的产品中所存在问题。
　　(2)介绍了ZigBee短距离无线通信技术的技术特点、以及在育秧大棚中的应用优势，并结合前期调研结果和目前市场新技术提出设计方案，并说明该设计方案的优势所在。
　　(3)分析了ZigBee短距离无线通讯技术中Z-stack协议栈的工作流程，并在此基础之上进行开发使之更适合育秧大棚的组网需求。
　　(4)采用了意法半导体公司推出的STM32F103这款32位单片机为主控芯片，完成了育秧大棚中数据节点、数据协调器的硬件开发。
　　(5)通过KEIL、IAR、visual studio、Navicat等开发工具完成了系统中的下位机开发、ZigBee无线通讯网络开发、上位机开发、数据库设计等。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 国内外发展现状

1．3 课题研究的主要内容

第2章 ZigBee技术介绍

2．1 ZigBee技术特点

2．2 ZigBee协议栈

2．3 Z-Stack协议栈

2．4 Z-Stack软件流程

2．5 OSAL任务轮询机制

2．6 本章小结

第3章 系统硬件设计

3．1 总体硬件结构

3．2 主控芯片电路设计

3．3 外部传感器接口电路设计

3．3．1 温度传感器

3．3．2 空气二氧化碳传感器

3．3．3 光照强度传感器

3．3．4 土壤湿度传感器

3．4 ZigBee核心板设计

3．5 串口转以太网电路设计

3．6 设备箱恒温恒湿电路设计

3．7 电源电路设计

3．8 本章小结

第4章 系统软件设计

4．1 STM32程序设计

4．1．1 光照强度传感器子程序设计

4．1．2 CO2传感器子程序设计

4．1．3 土壤湿度传感器子程序设计

4．1．4 DS18820温度传感器子程序

4．2 ZigBee程序设计

4．2．1 ZigBee组网程序设计

4．2．2 ZigBee串口透传技术

4．3 网络通讯协议

4．4 上位机程序设计

4．4．1 上位机界面设计

4．4．2 服务器数据库设计

4．5 本章小结

第5章 系统测试

5．1 设备测试

5．2 数据分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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