基于ZigBee的智能农场监控系统的设计与研究

摘要

众所周知，我国自古至今都是一个农业大国，农民人口占全国人口总数的56％之多，传统的农业模式已经不能满足当今的发展需求，随着无线技术的兴起和智能农场的普及，无线技术已经在智能农场中得到了很好的使用。 本系统通过将ZigBee网络和农场相结合，使用ZigBee模块来监测农场内的环境变化和参数信息，包括对温湿度、土壤湿度和光照强度的检测，再通过RS232串口将检测的信息数据传输到PC端，将检测到的数据信息通过上位机软件显示出来，使管理者能够远程查看和监测农场内的环境参数，并通过远程控制设备对农场内的环境参数进行调节。同时本系统也可采用自动调节方式，当检测到的环境信息高于某一阈值时，控制设备自动工作;反之，控制设备停止工作。 本文首先对ZigBee网络等技术详细说明了相关的理论，根据系统的功能需求分为两大部分，分为下位机部分和上位机部分。下位机通过将ZigBee模块布设在农场内的不同区域，ZigBee模块通过自组网实现ZigBee模块之间的连接，实现数据的检测和传输，再通过RS232串口将ZigBee网络检测到的数据发送到PC端;上位机是将采集到的数据进行处理和显示，使管理者能够清晰明了地了解农场内环境参数的变化，并通过远程控制对农场内的环境参数进行调节或设置自动调节。 本文完成的设计任务如下: 1、ZigBee模块的布设。ZigBee模块之间要实现网络连接，采用网型拓扑结构，协调器节点实现网络创建和维护，路由实现路由转发和网络拓展，终端节点则实现信息检测功能，还包括传感器节点的选型以及软件设计。 2、基于本文ZigBee网络提出了一种基于能量均衡的动态多簇头分簇组网算法，有效地减少了ZigBee模块的能量消耗，使ZigBee网络能够持续使用的时间更长。 3、本文还实现了上位机软件，很好地将ZigBee模块传输的数据存储和显示，用户可以使用该软件对农场内的环境进行实时地监测和远程调节，同时还实现了智能农场的自动控制，通过设置阈值来控制调节设备的开关，实现无人值守的智能农场。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国外的发展现状

1．3 国内的发展现状

1．4 本文的主要工作

1．5 本文的组织结构

第2章 关键技术

2．1 ZigBee技术介绍

2．2 ZigBee的特点

2．3 ZigBee协议栈

2．4 ZigBee网络拓扑

2．5 本章小结

第3章 系统的总体设计

3．1 系统的功能分析

3．2 系统的设计原则

3．3 系统的总体结构

3．4 本章小结

第4章 系统硬件设计

4．1 系统监控模块设计

4．1．1 微处理器模块设计

4．1．2 监测模块设计

4．1．3 控制模块设计

4．1．4 电源模块设计

4．2 ZigBee模块电路设计

4．2．1 下载电路设计

4．2．2 串口电路设计

4．3 本章小结

第5章 下位机的软件设计

5．1 ZigBee协议栈软件开发

5．2 协调器的软件的设计

5．3 路由节点的软件设计

5．4 终端节点的软件设计

5．4．1 传感器的设计

5．4．2 终端节点无线数据的发送

5．4．3 终端节点的休眠与唤醒

5．4．4 传感器节点的通信测试

5．5 改进的路由算法

5．5．1 算法描述

5．5．2 算法举例

5．5．3 算法实现

5．6 本章小结

第6章 上位机监控软件设计

6．1 上位机软件的总体结构

6．2 数据库设计

6．2．1 数据表设计

6．2．2 数据库连接

6．3 系统设置模块

6．3．1 自动控制模式

6．3．2 串口设置

6．4 数据信息显示模块

6．5 调节设备控制模块

6．6 数据变化模块

6．7 历史数据查询模块

6．8 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

个人简历