基于ZigBee技术的智慧农业实时采集和远程控制系统

摘要

目前我国农业生产仍旧以传统生产模式为主，不仅浪费大量的人力和物力，而且也不利于农业可持续性发展。随着物联网等高新技术的发展，智慧农业将成为现代农业未来发展的趋势。将现代工业控制技术、无线通讯技术及物联网技术等应用于农业生产中，能够改进农业生产管理模式，提高农业生产效率。ZigBee技术作为一种新兴的短距离、低速率、低功耗、低成本的无线通信技术，可以便捷地为用户提供无线数据传输功能，因而在物联网领域具有广阔的应用前景。
　　本文综述了国内外对于无线传感和通信技术在农业应用领域的最新研究进展，以浙江省农业信息化项目为依托，设计了一套基于ZigBee技术的智慧农业实时采集和远程控制系统。首先对ZigBee技术进行了分析，根据国内农业温室大棚的应用需求，给出了系统总体设计架构。在此基础上设计开发出基于CC2530芯片的ZigBee采集器、控制器、边缘网关和三种传感器，由此组成了各种应用的实时采集和远程控制系统，并对使用的土壤水分传感器产生的电化学腐蚀反应进行了分析，提出了解决方法。采集器利用传感器采集温室内环境参数。控制器负责控制农业设备的打开或关闭，从而调整农作物生长的环境参数。边缘网关将采集器和控制器的数据整合，通过3G无线网络与网络平台服务器进行通信。借助于中国电信智慧农业信息化平台，系统实现了远程实时监测和控制。用户无需到现场就能在电脑或手机上观测并调整温室大棚内的环境参数，达到远程监控的目的。
　　最后，本文还对已经完成的工作进行了总结，结合国内农业生产特点和工业控制技术、信息技术的发展，提出了进一步的研究方向:(1)优化ZigBee协议栈，使无线传感器网络通信更加稳定;(2)远程分布式自动控制系统和应用软件远程升级;(3)为适应现代通讯技术的发展，将采用IPv6、4G等新技术。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 智慧农业的特点及其设计考虑因素

1．4 论文主要内容及结构

2 ZigBee技术及其协议标准

2．1 ZigBee技术概述

2．1．1 ZigBee技术的特点

2．1．2 ZigBee技术与其他短距离无线通信技术的比较

2．1．3 ZigBee技术应用领域

2．2 ZigBee网络结构

2．2．1 ZigBee网络中的设备类型

2．2．2 ZigBee网络拓扑结构

2．3 ZigBee芯片的选择

2．4 ZigBee协议栈

2．5 本章小结

3 系统总体架构及共用电路设计

3．1 系统总体设计

3．1．1 系统总体设计要求

3．1．2 系统总体设计架构

3．1．3 系统主要实现功能

3．2 主控芯片应用电路设计

3．2．1 CC2530电路设计

3．2．2 CC2591功率放大电路

3．3 RS485总线设计

3．3．1 RS485电路设计

3．3．2 RS485布线

3．3．3 Modbus协议

3．4 系统电源模块设计及问题分析解决

3．4．1 LM2596芯片设计电路

3．4．2 LM2596电路设计问题分析及解决

3．5 本章小结

4 系统各模块设计

4．1 采集器设计

4．1．1 采集电路设计

4．1．2 各类传感器设计及土壤水分传感器腐蚀问题解决

4．1．3 采集器软件设计

4．2 控制器设计

4．2．1 控制电路设计

4．2．2 控制器软件设计

4．2．3 控制器手动／自动切换功能

4．3 边缘网关设计

4．3．1 边缘网关总体设计

4．3．2 CDMA技术及AT命令

4．3．3 MC323电路设计

4．4 MCGS触摸屏简介

4．5 本章小结

5 系统各模块间工作流程

5．1 边缘网关与采集器和控制器的工作流程

5．2 边缘网关与网络平台服务器的工作流程

5．3 边缘网关与MCGS触摸屏的工作流程

5．4 本章小结

6 系统应用实例

6．1 农业种植应用实例

6．2 水产养殖应用实例

6．2 液肥配送在线监管

6．3 本章小结

7 工作总结与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

参考文献

附录

作者在学期间所取得的科研成果