ZigBee技术在农业自动化监控系统中的研究与应用

摘要

近年来，科技的的飞速发展，不断推动着工业、农业等领域自动化程度的提高，我国是农业大国，农业是是国家重要经济命脉，是国家稳定长治久安的保证，因此农业自动化程度的高低，是关系到国计民生的重大问题。 无线传感器网络(WSN，wireless sensor networks)作为信息科学领域中一个全新的发展方向，以其巨大的应用前景引起了学术界和工业界的广泛关注。它是由大量分布式传感节点组成的面向任务的网络，综合了微机电技术、传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域技术，通过各类微型传感器对目标信息进行实时监测，由嵌入式计算机资源对信息进行处理。对该技术的深入研究与推广应用可以推动我国农业自动化建设的进程，进一步提升我国的综合国力。 ZigBee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线传感器网络技术，它特别适合于数据吞吐量小、不易长距离现场布线、数据采集覆盖面积广、不便频繁更换电池或充电的农业环境监测控制系统中。本论文在对无线传感器网络特别是ZigBee技术研究的基础上，开展了基于ZigBee无线传感器网络的农业无线自动化监测控制系统的研制工作。 本文分析了无线传感器网络技术及其ZigBee技术相关概念。在此基础上对基于ZigBee技术的农业无线自动化监测控制系统进行了总体设计，并且按照总体设计，对相应ZigBee节点的软硬件及上位机软件进行了研制开发。系统核心芯片采用英国Jennic公司出产的低功耗，低成本的JN5121无线微型控制器，该芯片集成了32位的RISC处理器和2.4GHz频段IEEE802.15.4标准的无线收发器，免去了射频电路的设计，可以加快产品的设计，快速的将传感器网络产品推向市场。 论文对基于ZigBee网络的农业无线自动化监测控制系统进行了相关得测试，并且给出了应用实例，实验和应用表明该系统各项技术性能基本指标达到设计要求，将传感器无线化、网络化能够给农业信息的获取带来更大的便捷，将无线传感器网络应用推广到农业自动化领域具有十分重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

一、绪论

1、课题的背景

2、课题研究的目的和意义

3、国内外研究现状

4、论文组织结构

二、无线传感器网络

1、无线传感器网络简介

2、无线传感器网络的特点及应用

(1)无线传感器网络的特点

(2)无线传感器网络的应用

(3)无线传感器网络体系结构

(4)无线传感器几种实现方案

3、本章小结

三、ZigBee技术

1、IEEE 802.15.4简介

2、ZigBee协议研究

(1)ZigBee协议栈结构

(2)Zigbee网络拓扑结构

(3)ZigBee数据两种无线传输方式

3、ZigBee技术优势及其应用前景

(1)ZigBee技术的优势

(2)ZigBee的广阔应用前景

4、本章小结

四、无线自动化监测控制系统的总体架构

1总体设计

(1)总体设计要求

(2)总体设计实现方案

2、系统的构成

3、本章小结

五、农业自动化灌溉系统硬件选型与设计

1、ZigBee模块选型

2、接口电路设计

3、电源处理电路的设计

4、模拟信号处理电路的设计

5、灌溉阀门选型及接口电路的设计

6、太阳能供电单元选型与设计

7、本章小结

六、系统软件设计与实现

1、系统总体软件结构

2、系统软件开发环境

(1)无线传感器网络节点开发环境

(2)上位机软件开发环境

3、网络节点软件设计

(1)ZigBee协议栈的开发接口API

(2)汇聚节点的软件设计

(3)采集控制节点的软件设计：

4、ZigBee无线网络之间通信协议的设计

5、汇聚节点和上位机之间通讯协议设计

(1)Modbus协议简介

(2)Modbus通信数据帧

6、上位机软件的设计

7、本章小结

七、系统调试与应用

1、系统的功能测试

(1)节点程序下载

(2)系统通讯测试

(3)传感器读取测试

(4)电磁阀控制测试

2、系统的应用

(1)大田灌溉无线自动监测控制系统示意图

(2)系统上位机软件

3、本章小结

八、总结与展望

参考文献

附录

致谢