基于无线传感网络香菇温室监控系统的研究与设计

摘要

为了实现食用菌的生产周年化和工厂化，提升其质量和产量就必须对食用菌的生长环境进行人为的调控。针对目前食用菌生产对生产环境要求非常苛刻这一情况，本文以香菇为研究对象，利用ZigBee无线通讯技术、单片机控制技术和LabVIEW虚拟仪器的远程技术设计了一套适合郴州市南部山区香菇生产的基于无线传感网络香菇温室监控系统，该系统能有效的改善和管理香菇的生长环境提升其质量和产量。
　　在对香菇生长环境进行分析后，确定了系统的整体设计方案，对系统进行了硬件选型和软件设计。针对香菇生长环境中的温度、湿度和二氧化碳浓度等重要参数，通过传感器进行参数数据采集后，经过STM32F103C8T6单片机进行处理，然后通过ZigBee无线传感网络发送至上位机，与此同时把所采集的数据与系统预设值对比并给出信号去控制执行机构从而达到香菇生长环境参数的调控目的。由于食用菌菇棚生长环境是一个多变量、非线性、时变的系统，温湿度具有强耦合的特点，在控制算法中，结合模糊控制理论和解耦原理，设计了温湿度模糊解耦控制器，并利用MATLAB/Sim ulink对模糊控制系统进行了仿真，仿真结果表明此算法能达到系统要求。采用LabVIEW虚拟仪器对系统上位机进行了搭建，使之具有现场数据显示、历史数据查询、报警设置等功能，并利用LabVIEW中内置的Web服务器进行远程控制设计，使操作人员不在现场也可以实时控制和观测现场情况。通过对系统进行多项测试调校，结果表明，该系统工作性能可靠，可为食用菌生产周年化、工厂化起着重要的推动作用。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题意义与背景

1．2 国内外设施农业发展与研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本章小结

2 系统整体方案设计

2．1 香菇栽培温室的环境特征

2．1．1 香菇温室种植环境条件

2．2 温室主要参数控制方式

2．3 系统工作原理

2．4 ZigBee技术简介

2．4．1 ZigBee概述

2．4．2 ZigBee协议架构

2．4．3 ZigBee网络设备类型

2．4．4 ZigBee网络拓扑结构

2．4．5 ZigBee技术与其他无线通信技术比较

2．5 监控系统总体方案设计

2．5．1 监控系统总体构架

2．5．2 监控系统工作原理

2．6 本章小结

3 系统硬件设计

3．1 系统硬件结构设计

3．2 数据接收模块设计

3．2．1 CC2530芯片简介

3．2．2 射频模块CC2591

3．2．3 串口通信

3．2．4 显示单元

3．3 ZigBee数据采集器模块

3．3．1 数据采集器核心处理单元的选择

3．3．2 传感器模块

3．3．3 AM2322温温度传感器

3．3．4 二氧化碳传感器

3．4 执行输出模块

3．5 电源模块

3．6 本章小结

4 系统软件设计

4．1 系统软件整体框图

4．2 ZigBee无线通讯设计

4．2．1 ZigBee开发环境及Z-Stack简介

4．2．2 协调器节点的软件设计

4．2．3 子节点软件设计

4．3 数据采集程序设计

4．4 模糊控制算法设计

4．4．1 温湿度过程耦合分析

4．4．2 模糊控制系统的组成

4．4．3 模糊控制器结构设计

4．4．4 精确量的模糊化

4．4．5 确定隶属函数赋值表

4．4．6 模糊控制规则设计

4．4．7 模糊控制查询表建立

4．4．8 解耦器的设计

4．4．9 MATLAB／Simulink控制仿真

4．5 本章小结

5 上位机设计及系统测试

5．1 上位机界面设计

5．1．1 LabVIEW程序结构

5．1．2 上位机界面设计

5．2 LabVIEW远程监控设计

5．2．1 基于LabVIEW远程控制方案选择

5．2．2 远程控制设计

5．3 系统测试

5．3．1 ZigBee组网测试

5．3．2 ZigBee网络通讯距离测试

5．3．3 温、湿度传感器数据准确性测试

5．3．4 自动化管理的实现

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢

声明