无线传感器网络在设施农业中的应用研究

摘要

设施农业是一种现代化的农业生产方式，它利用农业设施、工程技术和管理技术等现代化设备和技术，在可控环境下调节农作物生长的环境，降低农业生产对自然生产环境的依赖，同时充分利用环境资源和生物潜能，达到农产品的品质和产量的高效提升。农业生产环境数据信息监测是开展设施农业的前提条件，为了给管理者提供调节农业环境的决策依据，必须实时采集并记录农作物的生长环境。本论文以食用菌栽培菇房作为设施农业的例子，研究无线传感器网络在菇房环境监控中的应用。由于食用菌栽培区域有面积大的特点，而食用菌对环境敏感、产品价格不高，而无线传感器网络具有规模大、成本低、自组织等优势，非常适合应用于食用菌栽培菇房环境监测。
　　本论文的主要研究工作如下:
　　首先，结合菇房环境监控的需求，提出了典型的设施农业监控系统在应用中存在的问题和不足，分析了无线传感器网络的优势及其在菇房监控系统中的适用性。接着研究了菇房无线传感器网络监控系统要实现的功能和结构，设计了系统总体方案，以满足食用菌栽培区域规模大、菇房需求差异以及系统可靠性的特征。
　　其次，对菇房无线传感器网络的路由技术进行了研究。针对菇房实际情况，选择节点部署方式，并为菇房无线传感器网络设计了一种基于菇房编号的能量均衡路由协议，以满足数据传输的需求，并降低和平衡网络的能量消耗，延长网络生存时间。
　　接着，研究了菇房无线传感器网络监控系统的分级数据融合算法。该分级数据融合算法分为三级，采集的数据逐步在单个传感器节点、簇首节点和基站进行数据融合，以解决传感器网络中数据冗余的问题，提高数据监测的精度，大幅降低网络能耗，提升整个网络的性能。
　　最后，搭建菇房无线传感器网络监控系统的实验平台，采用Microsoft Visual C++开发监控系统软件，进行系统实验验证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 设施农业简述

1．1．2 无线传感器网络简述

1．2 无线传感器网络在设施农业中的研究现状

1．2．1 国外研究应用现状

1．2．2 国内研究应用现状

1．3 主要研究内容

1．4 论文的结构安排

第二章 菇房无线传感器网络监控系统总体方案设计

2．1 引言

2．2 无线传感器网络的适用性分析

2．2．1 菇房需求分析

2．2．2 典型设施农业监控系统及存在的问题

2．2．3 无线传感器网络应用于菇房的优势

2．3 无线传感器网络体系结构

2．3．1 无线传感器网络结构

2．3．2 无线传感器网络的形成过程

2．4 菇房无线传感器网络监控系统总体方案

2．4．1 菇房无线传感器网络监控系统的功能

2．4．2 菇房无线传感器网络监控系统结构

2．5 小结

第三章 菇房无线传感器网络路由技术研究

3．1 引言

3．2 菇房无线传感器网络节点部署

3．2．1 节点部署

3．2．2 能量模型

3．3 菇房无线传感器网络监控系统路由协议设计

3．3．1 设计思路

3．3．2 无线传感器网络路由协议分类

3．3．3 菇房无线传感器网络监控系统路由协议设计

3．4 仿真实验

3．4．1 仿真模型

3．4．2 仿真结果分析

3．5 小结

第四章 菇房无线传感器网络数据融合研究

4．1 引言

4．2 数据融合的意义

4．3 菇房无线传感器网络分级数据融合模型

4．4 菇房无线传感器网络分级数据融合算法

4．4．1 单个传感器节点数据融合

4．4．2 簇首节点数据融合

4．4．3 基站数据融合

4．5 实验分析

4．6 小结

第五章 菇房无线传感器网络监控系统实验

5．1 引言

5．2 系统试验

5．3 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢