基于ZigBee技术的粮仓温湿度测控系统的设计与实现

摘要

俗话说“民以食为天”,而粮食作为一个国家非常重要的战略储备物资,在维护粮食市场和社会稳定、保证农民利益、确保国家安全等工作中担任重要一角。我国政府一直把粮食的存储和管理作为一项非常重要的经济工作在抓,随着无线传感器网络技术的发展与成熟,对于粮食储备系统的检测、控制及管理的智能化已成为现实。
　　温湿度变化是引起粮食存储质量变化的主要原因,而粮食在存储期间,由于环境、气候和通风条件等因素的变化,粮仓内的温湿度会发生动态变化,这就极易造成粮食的腐烂、发霉或虫害等。为了保证粮食存储工作的顺利进行,首要问题就是加强粮仓内温湿度的监控工作。针对传统的粮仓监控系统的布线复杂、维护不便、远程通信困难等缺陷,本文将ZigBee无线通信技术应用到粮仓温湿度监控系统中,提出一种基于ZigBee技术的粮仓温湿度测控系统实现方案。
　　整个系统是由传感器采集节点、控制节点、网关以及上位机组成的。其中,传感器采集节点用来采集粮仓内的温湿度信息,并将处理过的温湿度数据无线发送给网关;控制节点用来无线接收网关传来的控制命令,并通过MCU控制继电器的通断,从而控制粮仓内现场调控设备的工作与否;网关用来无线收发数据,并与上位机实现串口通信。这里的网关相当于ZigBee网络中的协调器,担负ZigBee网络的组建和维护工作。而上位机主要是用来实时显示粮仓内的温湿度数据,并保存这些数据。
　　本文的主要研究内容及工作成果如下:
　　(1)介绍了课题的研究背景及意义,同时简单介绍了国内外粮情监控的研究现状,并确定了课题的主要研究内容;
　　(2)将ZigBee技术与现有的一些短距离通信技术进行比较,突显ZigBee技术的优越性,并概括介绍了ZigBee技术的通信协议栈、设备类型以及网络拓扑结构;
　　(3)针对传统的粮情监控系统的不足,提出了基于ZigBee技术的粮仓温湿度测控系统的总体设计方案,并对系统内的各个节点的硬件进行了设计,且给出各节点的具体实物;
　　(4)根据本文所设计的各节点的硬件电路及TI公司所提供的ZigBee协议栈— Z-Stack2007,完成了各节点的软件设计,同时采用LabVIEW编写了上位机显示界面以实现网关节点与上位机的串口通信;
　　(5)针对系统的软硬件设计,对整个系统进行了调试,并对调试结果进行了分析,验证了系统的有效性,基本达到预期目标。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外粮情监控系统研究

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文结构及章节安排

2 ZigBee技术的研究

2.1 ZigBee技术概述

2.2 ZigBee协议栈架构

2.3 ZigBee的设备类型

2.4 ZigBee的网络拓扑结构

2.5 小结

3 系统的硬件设计

3.1 系统的总体设计方案

3.2 传感器采集节点的硬件设计

3.3 网关的硬件设计

3.4 控制节点的硬件设计

3.5 小结

4 系统的软件设计

4.1 软件开发平台

4.2 传感器采集节点软件设计

4.3 网关的软件设计

4.4 控制节点软件设计

4.5 上位机显示界面设计

4.6 小结

5 系统的调试

5.1 传感器采集节点的调试

5.2 网关的调试

5.3 控制节点的调试

5.4 测试结果的上位机显示

5.5 现场历史数据分析

5.6 小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历