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基于单片机技术与ZigBee协议的温室大棚环境参数控制

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外研究发展概况及研究现状

1.3 温室大棚环境参数控制策略的分析

1.3.1 传统温室环境参数控制分析

1.3.2 无线智能温室大棚控制系统的特点

1.4 本文主要研究内容

第二章 无线智能温室大棚控制系统总体设计

2.1 系统分析

2.2 无线智能温室大棚温湿度控制装置软硬件选择

2.2.1 嵌入式硬件系统选择

2.2.2 嵌入式操作系统选择

2.2.3 数据存储方案选择

2.3 智能温室环境温湿度参数控制系统设计方案

2.3.1 常规的设计方案

2.3.2 本课题最终的设计方案

2.4 无线智能温室大棚物联网组建方案设计

2.4.1 无线组网方案选择

2.4.2 ZigBee协议栈架构

2.4.3 ZigBee网络拓扑结构设计

2.4.4 ZigBee路由

2.4.5 Z-Stack协议栈简介

2.5 本章小结

第三章 无线智能温室大棚传感器节点硬件设计与调试

3.1 智能温室大棚无线温湿度检测模块方案设计

3.1.1 网络方案设计

3.1.2 温湿度检测方案设计

3.2 智能温室大棚无线温湿度检测模块硬件设计

3.2.1 电源管理模块

3.2.2 控制器及其外围电路模块

3.2.3 数据存储模块

3.2.4 温湿度模块

3.3 温湿度检测模块的PCB板制作

3.4 温湿度检测模块的硬件电路调试

3.5 本章小结

第四章 无线智能温室大棚主控模块硬件设计

4.1 温室大棚主控模块硬件设计系统图

4.2 硬件设计模块

4.2.1 电源电路硬件设计

4.2.2 处理器及外围电路硬件设计

4.2.3 存储模块硬件设计

4.2.4 通信模块设计

4.3 本章小结

第五章 无线智能温室大棚控制系统软件设计与实现

5.1 无线智能温室大棚通信协议设计与实现

5.1.1 无线智能温室大棚主控制模块与上位机的协议帧

5.1.2 无线智能温室大棚主控模块和无线温湿度传感器协议帧

5.1.3 无线智能温室大棚主控模块和执行机构之间的通信协议帧

5.1.4 无线智能温室大棚主控模块和触摸屏模块之间的通信协议帧

5.2 无线温室大棚的ZigBee网络设计与实现

5.2.1 温室大棚组网过程

5.2.2 温室大棚网络的配置

5.2.3 温室大棚网络安全

5.2.4 温室大棚协调器应用软件的设计与实现

5.3 温室大棚控制系统无线温湿度传感器模块软件设计

5.3.1 大棚温湿度传感器节点组网

5.3.2 数据的采集

5.3.3 数据的发送

5.3.4 大棚无线温湿度传感器模块软件测试

5.4 无线智能温室大棚控制系统主控模块软件设计

5.4.1 控制系统主控模块系统软件设计

5.4.2 无线温室大棚控制系统主控模块温湿度控制策略

5.4.3 无线温室大棚控制系统主控模块主程序

5.4.4 无线温室大棚控制系统主控模块触摸屏软件设计

5.5 无线温室大棚控制系统软件联调(触摸屏)

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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摘要

农业生产具有季节性的特点,温室大棚可以帮助克服农业生产的季节性,提高农业生产效率。温室大棚内影响农作物生长的多方面因素,如温度、湿度、光照和空气流通情况等。目前的温室大棚环境控制装置仅能对部分环境参数进行控制,且不能对温室大棚的环境参数进行遥测与遥控,这样满足不了农业生产技术的信息化、网络化的要求。 传统的温室环境参数控制系统主要是采用有线传输方式,通过在温室内布置复杂的电线以及相关的控制设备来实现对温室环境的调控能力。在温室中布线,这对为农作物进行施肥等活动造成障碍,可能会在这些活动过程中干扰电线,给系统通信带来问题。针对这些问题,本文开发了基于ZigBee、以太网等技术的无线智能温室大棚温湿度控制系统,以满足市场化的需要。本文主要工作如下: (1)介绍了温室大棚控制系统国内外的现状,在此基础上,分析了有线温室大棚控制系统存在的问题及缺陷。 (2)接着详细分析了温室大棚控制系统的功能需求和需要达到的性能指标,在此基础上,按模块化的设计思想给出了以华邦ARM9 NUC950、TI CC2530为核心的无线智能温室大棚温湿度控制系统的解决方案,并进行了详细的论证。 (3)对以CC2530为主控制器为核心的,基于ZigBee技术的无线温湿度传感器节点的硬件进行了详细设计与实现,并绘制了PCB图,在此基础上对硬件进行了仿真与调试。 (4)对以NUC950为主控制器为核心的,无线智能温室大棚温湿度控制系统的主控模块硬件进行了详细设计与实现,并绘制了PCB图。 (5)对整个系统的软件设计过程的关键步骤进了详细阐述,其中包括温湿度传感器节点的数据采集、处理、存储及通讯,重点介绍了其ZigBee的组网过程,介绍了主控制器系统软件、温湿度控制策略、主流程及RS232/RS485这两条总线的通讯协议;介绍了系统GUI部分触摸屏程序开发过程,最后对整个系统进行了联调。

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