用于精细农业的WSN基站及其关键技术

摘要

农业是国民经济的基础产业。加速高新技术全面向农业渗透，推进新的农业科技革命，是实现农业可持续发展的必由之路。本文根据农业生产对环境依赖程度较高的特点，将无线传感器网络（WSN）技术引入精细农业领域实施环境监控，具有很强的实用性和现实意义。
　　 在无线传感器网络体系中，无线传感器网络基站是无线传感器网络和其它外部网络进行数据交换的枢纽，在无线传感器网络中起着至关重要的作用。本文以植物设施栽培、畜禽设施养殖等农业环境为应用背景，设计并研制了集计算存储、无线收发、智能控制和远程访问等功能于一体的无线传感器网络基站。
　　 本文完成的工作主要包括：
　　 分析了用于精细农业环境监控的WSN系统的特点，提出了WSN基站的设计方案：
　　 设计并实现了用于精细农业的WSN基站硬件平台；
　　 分析了WSN基站软件平台模型，通过移植嵌入式Linux操作系统和嵌入式TinyOS操作系统构建了WSN基站软件平台；
　　 研究了WSN基站中涉及到的数据管理技术和Internet接入技术，通过在基站上建立数据库和Web服务器分别解决了这两种关键技术；
　　 设计了WSN基站应用软件架构，在WSN基站内部实现了传感器网络数据处理、传感器网络控制，解决了监控系统中传感器网络与本地终端和远程终端的信息交互问题；
　　 对WSN基站进行了调试和现场应用测试，并对测试结果进行了分析，验证了基站的有效性和实用性。
　　 本文研究成果不仅可以应用于精细农业环境监控，而且其许多方法和技术可以用于森林防火、智能建筑、军事侦察、医疗监护和智能家居等场合。

目录

文摘

英文文摘

图清单

表清单

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 MIB510

1.2.2 MIB520

1.2.3 MIB600

1.2.4 Stargate

1.3 本文研究解决的问题和主要内容

1.4 本文的组织结构

第二章 用于精细农业的WSN基站系统方案设计

2.1 用于精细农业的WSN环境监控系统框架及分析

2.2 用于精细农业的基站系统方案设计

本章小结

第三章 用于精细农业的WSN基站硬件平台

3.1 WSN基站硬件结构

3.2 中央处理模块

3.3 无线通信模块

3.4 通讯接口模块

3.4.1 以太网接口单元

3.4.2 串行接口单元

3.4.3 USB接口单元

3.5 电源模块

3.6 PCB布局

3.6.1 SDRAM

3.6.2 无线收发单元

3.6.3 以太网接口单元

本章小结

第四章 用于精细农业的WSN基站软件平台

4.1 WSN基站软件平台概述

4.2 Linux操作系统

4.2.1 引导程序

4.2.2 Linux内核

4.2.3 文件系统

4.3 TinyOS操作系统

4.3.1 TinyOS机制

4.3.2 nesC语言

本章小结

第五章 用于精细农业的WSN基站若干关键技术研究

5.1 WSN数据管理技术

5.1.1 WSN数据管理系统结构设计

5.1.2 WSN基站数据管理

5.1.3 SQLite数据库

5.2 WSN接入Internet技术

5.2.1 WSN与Internet互联结构

5.2.2 WSN基站Web服务器

5.2.3 Boa服务器

本章小结

第六章 用于精细农业的WSN基站应用软件设计

6.1 WSN基站应用软件框架

6.2 Linux环境应用软件设计

6.2.1 基站主程序设计

6.2.2 CGI程序设计

6.3 TinyOS环境应用软件设计

本章小结

第七章 WSN基站调试与应用现场测试

7.1 WSN基站实验系统构建及调试

7.1.1 Linux开发环境

7.1.2 TinyOS开发环境

7.1.3 烧写文件

7.1.4 基站调试

7.2 WSN基站应用现场测试

7.2.1 WSN监控系统现场运行

7.2.2 应用现场测试结果分析

本章小结

结论

致谢

参考文献

作者简介