基于无线传感器网络的现代农业展示中心设计与实现

摘要

随着科学信息技术与人工智能的不断发展，计算机、自动控制、通信、微电子等学科孕育了一种新兴的测控网络，即无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)。农业物联网等先进技术在我国农林业领域拥有广阔的应用前景，尤其在精准农业、智能灌溉、无土栽培、环境数据监控等方面具有重要的推广价值和现实意义。 现代农业展览中心是企业及政府向大众展示农业科技水平的窗口，通过便捷、高科技手段增强民众体感，并发挥其创新能动性优势增加客流承载度。现有的农展馆还是以人工讲解为主，很少配有智能机器人，即使展馆中心配有机器人也多为娱乐机器人，并没有与农展系统紧密融合。本文面向现代农业科技展示，将自主设计的导游机器人融合农业展示平台，既增加了科技感又提高了导游质量，同时又能减小人工讲解。本设计充分考虑到了产品的安全、稳定及低功耗性能，以工业级为参考，设计采用RTOS、LINUX操作系统及LWIP网络协议进行了设计。 论文首先分析农展馆的设计需求，并提出了设计准则，然后依据需求及设计准则对系统进行设计。本文设计的基于无线传感器网络的现代农业展示中心有三大系统:ARM主控系统、植物栽培系统和导游机器人系统。 ARM主控系统拥有视频监控、图像采集、GPRS、无线传输、本地数据库、声光报警等功能，并能将植物栽培系统、导游机器人系统数据通过WIFI无线网络上传至云端服务器。 植物栽培系统主要基于生菜的无土栽培，运用高精度的各类传感器采集光照强度、气体浓度、空气温湿度、营养液浓度等参数对植物进行智能栽培。 导游机器人系统作为人机交互智能终端，可引领游客参观农业展览馆，拥有农作物知识讲解、语音识别、动作识别、WIFI接收服务器命令等功能，且文中对两轮机器人的自平衡进行了研究与设计。 最后，对上述系统各模块进行设计，并测试其模块功能，对系统进行整合，实现了基于无线传感器网络的现代农业展示中心的方案。通过系统联调，实现了上述三个系统相互通讯及控制，成功证实其方案的可行性。

目录

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摘要

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农业物联网概述

1．2．2农业展览馆概述

1．3论文结构及主要工作

1．3．1论文结构

1．3．2主要工作

第二章系统总体方案设计

2．1农业展厅特点分析

2．1．1农业科技展厅的特征

2．1．2农业科技展厅的类型

2．1．3现代农业展式中心的主要问题

2．2系统设计原则

2．3无线传感器组网设计

2．4系统框架

2．4．1 ARM主控系统

2．4．2植物栽培系统

2．4．3导游机器人系统

2．5本章小结

第三章展示中心物联网测控系统硬件设计

3．1 ARM主控硬件设计

3．1．1 FS4412开发平台介绍

3．1．2外围模块设计

3．2植物栽培系统硬件设计

3．2．1 STM32F103最小系统电路设计

3．2．2 WIFI通信电路设计

3．2．3 CO2浓度检测电路设计

3．2．4光照系统电路设计

3．2．5温湿度采集电路设计

3．2．6智能水培控制电路设计

3．3导游机器人系统硬件设计

3．3．1行走控制系统硬件设计

3．3．2人机交互硬件设计

3．4本章小结

第四章物联网测控系统软件设计及系统实现

4．1 ARM软件设计

4．1．1开发平台

4．1．2开发平台搭建

4．1．3主程序设计

4．2 STM32软件设计

4．2．1开发平台

4．2．2主程序设计

4．3实验测试

4．4本章小结

第五章基于单片机的两轮导游机器人自平衡控制技术

5．1机器人平衡原理

5．2直立控制

5．3速度控制

5．4转向控制

5．5 PID参数整定

5．6本章小结

第六章结论与展望

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢