基于物联网技术的农业大棚监控系统研究

摘要

目前随着我国科学技术的进步，我国农业的现代化也得到了快速的发展。在农业生产的管理方面，从最初的计算机控制，到现在的物联网农业，物联网农业监控系统也越来越多的被研发出来。在我国，农村的农业大棚数量不断增加，大部分的农业大棚还处于人工管理模式。采用计算机技术构建的大棚监控系统由于布线多，能耗大，使得管理成本过高。本文在研究物联网的基础上，提出了一种基于物联网技术的农业大棚监控系统，系统依据物联网结构进行设计，采用ZigBee无线传输技术构建无线传感网络，实现温度、湿度和二氧化碳浓度等环境参数信息的监控。基于物联网技术的农业大棚监控系统按照物联网的感知、传输、应用的工作思想来设计，无线传感网络主要负责感知与传输的任务。用户监测终端主要负责数据的接收与显示。最后在监测数据实现的基础上，根据监测到的参数数据对相应的调控设备进行自动调控。论文主要工作如下:
　　(1)分析无线传感网络的结构，完成系统设计。在系统设计中分别完成了无线传感网络中传感器节点和协调器节点的硬件设计和软件设计。网络节点均采用CC2430嵌入式微处理器做为主控芯片。
　　(2)设计PC监测终端和嵌入式手持终端。PC监测终端用于在监控室工作时的固定监测平台，方便管理人员长时间在监控室内的监测使用。嵌入式可移动终端主要应用在大棚管理人员随身携带的情况，方便管理人员随时随地查看。可移动监测终端作为便携设备，考虑采用低功耗的嵌入式微处理器LPC2103为设备核心构建监测终端。
　　(3)根据各个参数的数据变化规律，研究大棚环境参数的调控过程。在设计调控设备的控制规则方面，主要根据不同参数的变化来实现简单的自动控制。对于温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度参数，通过卷帘电机、浇灌设备、通风设备和光照设备来实现对其的调控。
　　基于物联网技术的农业大棚监控系统采用物联网技术搭建系统主结构，完成了对环境信息的监控。系统通过构建无线传感网络来实现对大棚内环境参数的信息采集。监测终端的设计不仅采用传统PC机监测终端，而且设计了一种可移动的嵌入式手持终端，实现了管理人员移动过程中查看大棚环境参数的功能。对农业大棚温度分布问题做了分析。通过系统调试，系统实现了信息的采集、传输与显示功能，嵌入式手持终端实现了数据的显示和控制命令的发送。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究动态和水平

1．3 物联网技术

1．3．1 物联网概述

1．3．2 无线通信技术

1．4 课题来源与目的和论文章节安排

2 基于ZigBee技术的监控系统硬件设计

2．1 ZigBee无线通信技术

2．1．1 ZigBee无线网介绍

2．1．2 ZigBee无线网络拓扑结构分类

2．1．3 ZigBee协议栈结构

2．2 传感器技术应用

2．2．1 传感器的定义

2．2．2 传感器的分类

2．2．3 传感器的特性

2．2．4 监控系统传感器的选择

2．3 控制结构设计

2．3．1 控制对象分析

2．3．2 温度控制算法

2．4 网络节点硬件选型

2．4．1 网络节点设备处理器的选择

2．4．2 CC2430芯片介绍

2．5 无线传感网络节点硬件设计

2．5．1 终端节点硬件设计

2．5．2 路由器节点硬件设计

2．5．3 协调器节点硬件设计

2．6 监测终端硬件设计

2．6．1 PC监测终端设计

2．6．2 嵌入式手持监测终端硬件设计

2．7 嵌入式手持监测终端调试结果

2．8 本章小结

3 基于ZigBee技术的监控系统软件设计

3．1 系统软件总体设计

3．2 ZigBee无线网络开发环境介绍

3．3 网络节点设备软件设计

3．4 传感器节点程序设计

3．4．1 温度传感器程序设计

3．4．2 传感器节点程序

3．5 协调器节点程序设计

3．6 监测终端程序设计

3．6．1 PC机监控平台软件设计

3．6．2 嵌入式手持终端程序设计

3．7 本章小结

4 监控系统实现与调试

4．1 监测平台测试

4．2 控制策略

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文目录

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