基于GIS与WSN技术的沼液自动灌溉系统

摘要

本研究是国家科技支撑项目“中南稻区复合生物循环技术集成与示范”（201213AD14B17）中一个的专题，项目对我国中南稻区的新型农业生产、经营模式进行了研究和探讨，其目的是基于生物循环技术，将养殖业、传统种植业、观赏农业、无公害能源的开发与利用有效地连接起来，并为数字农业提供一个实践平台，对计算机技术在农业上的新型应用模式进行了探索。专题要求开发一个沼液自动化灌溉系统，系统的主要需求如下:(1)每隔一段时间采集一次数据，数据经协调器送至上位机;(2)借助生长模型，对采集的数据进行分析，并控制灌溉阀门的启闭;(3)灌溉阀门的状态、大田环境数据可实时呈现;(4)可通过人机交互界面，对灌溉阀门进行人工控制，以方便检修等工作。基于此，我们选择采用了Zigbee来实现对现场环境数据的采集、传送工作，采用GIS技术实现人机交互界面，采用RBF网络对灌溉决策建模，以满足系统的需求。其中，根据环境，我们规划WSN的应用场景如下，针对试验田中种植的蔬菜品种，对传感器进行分组，每组包含数据采集终端、设备控制终端，协调器与上位机采用串口通信，将终端采集的数据传输给上位机系统，并获取上位机的决策指令。协调器以广播、组播的方式将不同的控制指令发送给终端设备，用以控制终端设备的启动、停止，终端节点以广播的方式向协调器传送数据。
　　 研究中，我们发现，本系统应用场景与TI公司提供的典型应用场景并不吻合，为此我们以Generic框架(profid为0x0f04，endpoint为0x0010)为基础，对其配置文件和应用层进行改写，以使系统适合应用的需求。在改写过程中，主要进行了以下工作:(1)根据系统的需求，笔者重新规划了输入、输出簇和事件链，以协调WSN各节点的功能;(2)为了使用串口，笔者调整了预编译指令，改变了编译条件，使得系统能够使用HAL层代码实现串口通信;(3)为了实现组播，我们对配置文件f8wConfig.cfg进行了调整;(4)为了实现对传感芯片的支持，笔者参考了传感芯片的时序和CC2530芯片手册，对CC2530的GPIO进行编程，以驱动传感芯片并获取数据。
　　 在本系统中，Zigbee协议通过对Z-Stack协议栈进行开发来实现，以满足应用场景下环境数据采集和传输的需求;GIS技术通过MapInfo公司的MapXTreme控件实现;上位机系统采用C＃实现，上下位机之间，我们采用串口进行通信。最终结果表明，我们开发思路正确，系统能较好地满足研究的需求。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景

1．2 研究的意义

1．2．1 研究的必要性

1．2．2 研究的可行性

1．2．3 国内外发展现状

1．3 研究的主要内容

1．4 本章小结

2 无线传感网

2．1 无线传感网的特点

2．1．1 大规模网络

2．1．2 自组织网络

2．1．3 动态性网络

2．1．4 以数据为中心的网络

2．1．5 应用相关的网络

2．2 无线传感网的发展历程

2．3 WSN发展趋势

2．4 WSN应用概述

2．5 IEEE802.15.4协议

2．6 本章小结

3 Zigbee

3．1 Zigbee简介

3．2 Zigbee协议架构

3．3 Z-Stack协议栈

3．3．1 任务数组

3．3．2 轮询调度机制

3．3．3 MyIDCZS_ProcessEvent

3．3．4 底层主要关注的事件

3．4 本章小结

4 神经网络

4．1 BP网络

4．1．1 输出神经元权值的调整

4．1．2 隐层神经元权值的调整

4．2 径向基网络

4．3 建模方法的确定

4．4 本章小结

5 系统设计与开发

5．1 开发环境的搭建

5．2 Z-Stack开发

5．2．1 工程整体结构与设置

5．2．2 协调器的开发

5．2．3 终端节点的开发

5．2．4 Z-Stack开发小结

5．3 上位机系统

5．3．1 人机交互界面

5．3．2 控制决策

6 不足与展望

参考文献

附录

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