基于物联网的智能农业监测系统的设计与实现

摘要

物联网作为信息产业的第三次浪潮，在农业中的应用将会解决一系列科学技术问题，例如分布在广域空间的信息获取，高效可靠的信息传输以及面向不同应用的智能决策等，将是实现传统农业向现代农业转变的助推器和加速器。农业生产过程中，温度、湿度、光照强度、CO2浓度、水分以及其他养分等多种自然因素共同影响农作物的生长，传统农业的管理方式远远没有达到精细化管理的标准，只能算是粗放式管理，在这种管理方式下，通过人的感知能力管理上述环境参数，无法达到准确性要求，要实现现代农业的智能化管理，建立一个实用、可靠、可长期监测的农业环境监测系统是非常必要的。因此，本文设计了基于物联网的智能农业监测系统，该系统能够准确实时的获取农作物生长的环境信息并对这些信息进行远程监测。
　　论文首先详细阐述物联网和农业物联网的内涵和体系结构、农业物联网的关键技术和未来发展。介绍了数据融合的相关概念，并提出了KDF算法用于系统对感知数据的处理。KDF算法是基于卡尔曼滤波的数据融合算法，能够达到减少冗余信息、降低能量消耗以及消除干扰使获得的感知数据更加准确的目的。其次，论文给出了系统的总体设计，并根据设计要求，以MSP430F5438微处理器、射频模块CC2520、射频放大前端CC2591以及SHT10温湿度传感器等环境感知传感器为核心，构建了传感器硬件节点。传感器节点的软件以Z-Stack协议栈为基础，成功的实现了无线Mesh网络的组建和数据的可靠传输。最后，论文介绍了上位机监测软件，上位机监测软件基于B/S架构，使用JSP语言在MyEclipse环境下开发，具有良好的人机交互前台界面;后台采用MySQL数据库，完成环境参数数据和其他有用信息的存储;将整个系统通过Tomcat服务器在线发布，系统便可以接入到Internet中，形成“底层(传感器)—Internet网络—远程监控”的结构，使连入互联网的计算机均可以访问。
　　对系统从功能实现角度来开展的实验结果显示，该系统可以正常稳定的工作，无线传感器节点可以正常构建无线Mesh网络，可以进行数据可靠传输，系统通过Tomcat服务器在线发布，用户可以在任何一台与Internet相连的PC机上登录本系统进行数据查询和系统管理，实现远程监测的功能，并且本系统采用的节能机制达到了很好的节能效果，且采集数据的精度符合要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 研究的目的与意义

1．2．1 研究目的

1．2．2 现实意义

1．3 主要研究内容与论文结构

2 物联网与农业

2．1 物联网

2．1．1 物联网内涵

2．1．2 物联网体系结构

2．2 农业物联网

2．2．1 农业物联网内涵

2．2．2 农业物联网体系结构

2．3 农业物联网的关键技术

2．4 农业物联网的未来发展

3 系统的数据融合处理

3．1 数据融合的原理及意义

3．1．1 数据融合的原理

3．1．2 数据融合的意义

3．2 数据融合的分类

3．3 数据融合的基本方法

3．4 系统的数据融合处理

3．4．1 KDF算法的提出

3．4．2 卡尔曼滤波算法

3．4．3 KDF算法

4 传感器节点的设计与实现

4．1 系统总体设计

4．2 传感器节点的硬件设计

4．2．1 硬件设计方案

4．2．2 处理器模块

4．2．3 外部传感器模块

4．2．4 无线通信模块

4．3 传感器节点的软件设计

4．3．1 节点软件开发环境

4．3．2 Z-Stack协议栈研究

4．3．3 网络组建

4．3．4 数据传输

5 智能监测处理中心的设计与实现

5．1 智能监测处理中心开发平台概述

5．2 智能监测处理中心总体设计

5．3 智能监测处理中心前台界面设计

5．3．1 登录界面

5．3．2 主界面

5．3．3 数据管理界面

5．4 串口通信的实现

5．4．1 串口通信基础

5．4．2 Java串口通信

5．4．3 串口通信的实现

5．5 客户端与数据库的交互

5．5．1 数据库简介

5．5．2 数据库表

6 系统测试与结果分析

6．1 无线传感器网络运行效果测试

6．2 系统远程监测功能测试

6．3 节点节能效果测试

6．4 采集结果精度测试

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢