基于WSN的温室无线监测系统研究

摘要

传统的温室监测系统采用有线的信号传输方式，组网复杂度高，并且限制网络动态变化，不利于提高农业自动化水平。随着无线传感器网络技术的快速发展，因其具备成本低、安装维护方便、组网灵活等优势在诸多行业得到了广泛的应用。该技术应用于温室有利于提高农业自动化水平，对作物生长监测有积极意义。在目前温室工程中，大多以温室环境参数为研究对象，而对植物生理信息进行监测的应用并不多。植物声发射现象是植物对水分胁迫和病害胁迫较为敏感的生理响应，是一种重要的植物生理信息。因此本文结合无线传感器技术和声发射技术对温室无线监测系统进行了研究。 本文以温室环境参数和植物病害胁迫下的声发射信号为监测对象，采用DSP、无线通信模块SZ05、环境因子传感器和声发射传感器构建了一个温室无线监测系统。基于ZigBee无线传输协议设计温室无线传感器网络，实现了对温室土壤温湿度、空气温湿度、二氧化碳浓度和光照强度及反映病害状况的声发射信号的采集，并将数据通过无线传输到上位机监测平台。采用压电陶瓷传感器和光纤光栅传感器对作物声发射信号进行了采集，对声发射信号分析处理方法进行了研究，主要方法有波形特征参数提取和波形重建方法。基于LabVIEW平台搭建了上位机监测软件，完成了温室数据的接收、显示、存储等功能。 本系统实现了温室数据的无线传输和实时监测，为温室管理者提供温室环境和作物生长信息，提高了温室自动化和智能化水平，操作方便，具有很好的移植性，可以广泛应用到设施农业中。

目录

声明

摘要

1前言

1．1课题背景及研究意义

1．2国内外研究现状与研究意义

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．2．3声发射技术在温室中的应用

1．3．1本文的研究目标和内容

1．3．2论文的结构安排

2温室监测系统总体设计

2．1温室监测参数

2．2系统基本功能设计

2．3系统结构设计

2．3．1无线传感器网络的构成

2．3．2系统总体结构设计

2．4本章小结

3温室无线监测网络构建

3．1无线监测网络的总体设计

3．2无线节点的硬件设计

3．2．1传感器选型

3．2．2处理器模块设计

3．2．3无线通信模块设计

3．3无线网络的软件设计

3．4本章小结

4植物声发射信号检测

4．1声发射技术

4．2声发射信号分析方法

4．2．1声发射波形特征参数分析法

4．2．2声发射信号的功率谱估计

4．3压电陶瓷传感器检测声发射信号

4．3．1传感器选型

4．3．2前置放大器

4．3．3 AD转换电路

4．3．4 DSP处理模块

4．4光纤光栅检测声发射信号

4．4．1光纤光栅传感器

4．4．2光纤光栅超声检测仪

4．4．3声发射信号采集和处理

4．5压电陶瓷声发射传感器和光纤光栅传感器的对比实验

4．6植物声发射监测实验

4．7本章小结

5声发射信号分析处理

5．1声发射信号波形特征参数提取

5．2声发射波形重建方法

5．3本章小结

6上位机监测平台设计

6．1上位机系统软件开发工具

6．2上位机监测平台的设计

6．2．1串口通信模块

6．2．2数据显示和分析模块

6．2．3数据存储模块

6．2．4温室数据分析处理

6．2．5其他服务模块

6．3本章小结

7总结

7．1全文总结

7．3论文的不足之处

8展望

参考文献

10攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢