用于植物设施栽培的WSN硬件平台的设计与实现

摘要

国内外诸如花卉、苗木等植物设施栽培的温室大棚的大规模使用对农副业生产具有重大意义。温室大棚内植物培育和生长环境的实时测控，直接影响着植物设施培育和生长的全过程，影响着植物产出的质和量，也是植物栽培科学实验最为关键和重要的环节。目前，国内采用的监测手段主要是靠监测人员的经验进行人工观测，偶尔采用温湿度计等进行人工测量，缺乏实时性和应有的科学性；执行设备也基本依靠人工手段开启和关闭，无法做到自动控制。本文提出和设计实现了采用无线传感器网络技术对花卉、苗木设施培育和生长的环境进行实时自动的监测和控制，能够有效克服目前存在的上述问题，也具有很强的实用性和现实意义。 本文完成的主要工作和贡献如下： 1、分析了植物设施栽培环境对监控系统的具体要求，设计了基于无线传感器网络的植物设施栽培环境监控系统的总体解决方案； 2、设计并研制了温度、湿度和光照强度（并可扩展二氧化碳气体浓度、大气压等多种环境参数）的WSN传感节点，并对其进行了测试； 3、设计并研制了植物设施栽培环境监控的WSN系统基站，并对其进行了测试； 4、设计并研制了用于执行设备控制的WSN三相控制器和单相控制器，并对其进行了测试； 5、针对WSN监控系统硬件可靠性技术问题，建立了相应的数学模型，在网络节点及其部署层面上对其作了分析和研究； 6、构建并实现了WSN监控系统硬件平台，并在温室大棚区现场安装、联调、测试，并对现场测试结果进行了分析和研究，验证了本课题所提出的监控方法和所实现的监控系统的有效性。

目录

文摘

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声明

第一章 绪 论

1.1 课题研究的应用背景及其意义

1.2 无线传感器网络的国内外研究动态

1.2.1 军事领域

1.2.2 农业领域

1.2.3 环保监测

1.2.4 建筑领域

1.2.5 医疗监护

1.2.6 其他领域

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 用于植物设施栽培的WSN测控系统硬件平台方案

2.1 系统分析

2.2 系统总体方案

2.3 系统硬件平台方案

2.3.1 无线传感器网络传感节点

2.3.2 无线传感器网络系统基站和用户终端

2.3.3 无线传感器网络控制器

2.4 本章小结

第三章 用于植物设施栽培WSN测控系统传感节点和基站设计

3.1 用于植物设施栽培WSN测控系统传感节点设计与测试

3.1.1 WSN测控系统传感节点处理器模块设计

3.1.2 WSN测控系统传感节点传感器模块设计

3.1.3 WSN测控系统传感节点无线收发模块设计

3.1.4 WSN测控系统传感节点测试

3.2 用于植物设施栽培WSN测控系统基站设计

3.2.1 WSN测控系统基站设计

3.2.2 WSN测控系统基站工作流程

3.3 本章小结

第四章 用于植物设施栽培WSN测控系统控制器设计

4.1 用于植物设施栽培WSN测控系统三相电机控制器设计

4.2 用于植物设施栽培WSN测控系统单相控制器设计

4.3 用于植物设施栽培WSN测控系统控制器的测试、特点与工作流程

4.3.1 WSN测控系统三相电机控制器的测试

4.3.2 WSN测控系统单相控制器的测试

4.3.3 WSN测控系统控制器的特点与工作流程

4.4 本章小结

第五章 无线传感器网络节点硬件可靠性技术研究与分析

5.1 WSN节点硬件电路设计中的可靠性技术研究与分析

5.1.1 接地、屏蔽与滤波

5.1.2 WSN节点硬件电路的可靠性设计

5.1.3 WSN节点硬件印制电路板的可靠性设计

5.2 WSN节点硬件部署的可靠性研究与分析

5.2.1 WSN节点的可靠性度量指标

5.2.2 WSN节点常用部署联结结构可靠性分析

5.2.3 一个实例的计算

5.3 本章小结

第六章 系统硬件平台的构建、实验室联调与现场安装测试

6.1 用于植物设施栽培的WSN测控系统硬件平台的构建与实验室联调

6.1.1 WSN测控系统硬件平台的构建

6.1.2 系统性能调试

6.1.3 系统现场运行的硬件可靠性保证

6.2 南京市蔬菜花卉科学研究所花卉温室大棚区的安装测试

6.2.1 硬件平台的布置与安装

6.2.2 现场测试与分析

6.3 苏州市相城区虞河蔬菜产销专业合作社温室大棚区的安装测试

6.3.1 硬件平台的布置与安装

6.3.2 现场测试与分析

6.4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

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