基于ZigBee无线自组网的堆肥发酵过程监控系统的设计与实现

摘要

我国自古就是农业大国，农业是国民经济的基础，粮食是基础的基础。而中国人数千年来在农田中所使用的肥料，一直是使用植物茎叶和人畜的粪尿作堆肥为主。在堆肥的生产工艺中，需要对肥堆内的各种关键参数（温度、湿度、压力、含氧量）进行监控，保证堆肥的发酵效果。而各种关键参数的监控，亟需通过快速、实时、高效的手段将人工从繁复的工作中解放出来，并实现数据的电子化和网络化。
　　针对这种现状，本文设计并且实现了一个堆肥发酵过程监控系统。系统包含堆肥数据实时采集系统、客户端数据上传控制系统、在线数据实时展示与管理系统等三个子系统，分角色管理不同的数据和设备。为堆肥发酵过程的特定场景提供了一套较为完整的解决方案。系统以数据采集和数据实时展示为核心，在调研了传统堆肥发酵场景的基础上，设计了简洁高效灵活的管理模式，使得数据流动过程进行更加人性化，自动化，效率更高，安全性更强。
　　在技术架构上，本系统依据不同子系统的特性，选择了最适宜的技术方式进行实现：对于数据实时采集子系统，针对堆肥发酵场景的特点，使用了Zigbee无线自组网络技术，实现数据的低成本采集和汇聚；对于客户端数据上传控制子系统，使用Windows.NET平台开发客户端，方便部署安装；对于在线数据实时展示与管理子系统，采用B/S架构，利用后台SSH框架，前端框架Bootstrap以及开源的基于HTML5的Echart可视化工具，对上传的数据进行友好展示，增强了系统易用性和美观性。系统考虑了可能出现的非法访问、数据篡改等安全问题，使用了敏捷开发方式，进行了较为完整的测试。
　　本文实现的是堆肥发酵过程监控系统，为智慧农业对于特定场景下（堆肥发酵）的技术解决方案进行了尝试并为以后的实践提供参考。目前，该系统已上线测试，提供了稳定的服务。这对于使用互联网技术改变农业人力密集、效率低下等现状是一个良好的尝试。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题的来源及意义

1.2课题的国内外研究现状

1.3 研究目标和研究内容

1.4文章结构

第二章 堆肥发酵过程监控系统相关的技术背景

2.1低功耗无线自组网技术ZigBee

2.2基于.NET Framework的WindowsForm

2.3ApacheTomcat与Web Server

2.4 Web开发框架SSH

2.5基于Bootstrap的前端框架

2.6基于HTML5的可视化前端插件Echarts

2.7基于Amazon RDS的云数据存储

2.8项目管理SVN

2.9针对Web安全相关技术

2.10系统的技术架构

2.11本章小结

第三章 堆肥发酵过程监控系统总体分析

3.1系统任务概述

3.2系统相关技术的可行性分析

3.3系统需求分析说明

3.4本章小结

第四章 数据实时采集子系统的设计与实现

4.1概要设计

4.2详细设计

4.3关键点实现

4.4子系统测试

4.5研究课题：终端设备耗电模型

4.6本章小结

第五章 客户端数据上传控制子系统的设计与实现

5.1概要设计

5.2详细设计

5.3系统实现

5.4本章小结

第六章 数据实时展示与管理子系统的设计与实现

6.1系统整体技术架构设计

6.2系统整体功能模块设计

6.3系统数据库设计

6.4系统分模块详细设计

6.5系统实现

6.6本章小结

第七章 堆肥发酵过程监控系统集成测试

7.1 串口数据监听测试

7.2 数据上传存储测试

7.3数据展示测试

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

8.1工作总结

8.2后续展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢