基于ZigBee的中国林蛙养殖大棚控制模型的研究

摘要

本文针对当前市场对中国林蛙巨大需求及人工养殖死亡率高的现状，从灵活性、扩展性和实时性的角度出发，研究并设计了一种基于ZigBee的中国林蛙养殖大棚的控制模型，为实现中国林蛙养殖大棚的智能控制打下基础，满足了中国林蛙养殖业的需要。论文的主要研究工作包括:
　　 首先，从中国林蛙的生活习性出发，根据本系统中的环境因子及控制范围，结合大棚整体结构和环境，选用了ZigBee技术，确定了系统的通信平台、控制措施和控制方法，设计了整个系统的控制方案，并将整个系统的控制方案进行简化，提出了一种基于ZigBee的中国林蛙养殖大棚的控制模型。
　　 其次，阐述了ZigBee的拓扑结构、协议栈架构和组网流程，重点研究了ZigBee无线传感器网络的覆盖问题，确定了感知模型和覆盖类型，讨论了最少传感节点的覆盖问题，使整个网络的各种资源得到优化分配。
　　 然后，通过对模糊控制方法的研究，结合大棚控制系统的特点，完成了T-S型模糊控制器的设计，根据控制系统的控制要求，重点研究、分析并实现了T-S型模糊控制器的计算过程，并进行仿真验证，最终得出模糊控制决策表，根据模糊控制决策表来实现系统的智能控制。
　　 再次，进行了模型的硬件和软件系统总体设计，重点研究了Z-Stack协议栈的架构，通过对协议栈的配置和开发，实现了各节点的组网，研究了树形编址和寻址方式，设计了通讯协议，实现了系统模型的整体运行。
　　 最后，确定了控制模型的测试方案，进行了组网测试和上位机软件测试，分析和讨论了通信距离的测试、控制节点可靠性测试，论证了该控制系统的可靠性和稳定性。实验证明，该控制模型是可靠和稳定的，从而可以确定该控制系统具有实用性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．1．1 课题的研究背景

1．1．2 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 农业大棚控制技术国内外研究现状

1．2．2 ZigBee技术国内外研究现状

1．3 研究内容和章节安排

1．4 本章小结

第二章 系统整体方案设计

2．1 系统环境控制要求

2．1．1 中国林蛙的生活习性

2．1．2 控制系统环境因子的确定

2．1．3 环境因子控制范围的确定

2．2 系统的研究策略

2．2．1 确定通信平台

2．2．2 确定控制措施

2．2．3 确定控制方法

2．3 控制模型方案的确定

2．3．1 大棚控制系统整体方案

2．3．2 大棚控制模型的建立

2．4 本章小结

第三章 ZigBee协议与覆盖问题的研究

3．1 ZigBee概述

3．2 三种网络拓扑结构

3．3 ZigBee网络体系

3．3．1 物理层

3．3．2 MAC层

3．3．3 网络层

3．3．4 应用层

3．4 网络组建

3．5 覆盖问题研究

3．5．1 传感节点的感知模型

3．5．2 网络覆盖的类型

3．5．3 确定性的覆盖区域划分算法

3．5．3 最优覆盖

3．6 本章小结

第四章 模糊控制

4．1 模糊控制概述

4．2 T-S型模糊控制

4．3 T-S型模糊控制器的设计

4．3．1 模糊化

4．3．2 控制规则的制定

4．3．3 计算系统输出

4．3．4 Matlab计算

4．3．5 模糊控制决策表

4．4 系统模糊控制的过程

4．5 本章小结

第五章 整体系统设计

5．1 系统硬件设计

5．1．1 无线收发芯片电路设计

5．1．2 协调器模块硬件设计

5．1．3 传感器模块硬件设计

5．1．4 控制模块硬件设计

5．2 系统软件设计

5．2．1 软件开发环境

5．2．2 Z-Stack协议架构分析

5．2．3 节点软件设计

5．2．4 应用层驱动软件设计

5．2．5 上位机软件设计

5．3 本章小节

第六章 ZigBee树形网络控制模型测试和讨论

6．1 ZigBee网络测试模型

6．2 控制模型组网测试

6．3 上位机软件测试

6．4 传输距离测试

6．5 控制节点可靠性测试

6．6 本章小节

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 展望

参考文献

在校期间发表论文情况

致谢

附录