基于RT-Thread和无线传感器网络的农业环境数据采集系统的设计与研究

摘要

随着科学技术的发展，实现远距离监控的物联网越来越被人们所需要，研究设计数据采集、传感器的组网和数据传输至互联网，实现远程监控，这对提高远程采集农业环境数据具有积极的意义，可以提高农业生产的效益。本文介绍一种基于RT-Thread和无线传感器网络的农业环境数据采集系统。可以实现远距离对无人看守的农业现场环境进行监测，采集温度、湿度和光照强度等数据信息，通过无线传感器网络，把数据传输到服务器，从而实现通过互联网对传感器网络的实时采集和监测。　　方案实现以RT-Thread嵌入式实时操作系统为软件平台，nRF24L01无线组网连接温湿度传感器DHT11和光照传感器BH1750，组成无线传感器网络，采用LwIP协议栈移植到STM32微控制器，对通信模块SIM900A进行PPP拨号连接Internet。并对基于JSON语言与Socket API接口的物联网数据传输和浏览系统进行研究，部署FatFS文件系统管理SD卡以便于传输存储数据，使用HTTP协议和TCP/IP协议搭建、JSON与Socket联合编写的C/S架构将采集的数据上传到服务器，利用B/S服务器架构实现数据浏览。并可以使用计算机端或手机APP访问服务器，对农业环境信息实施远程监控和管理。　　数据采集系统设计包括硬件电路设计和软件程序的设计，实验结果表明，数据采集系统工作稳定，证实了本文提到的基于RT-Thread和无线传感器网络的农业环境数据采集系统设计的合理性。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外农田信息采集的研究现状

1．3 无线传感器网络的研究发展现状

1．4 无线传感器网络设备在农业环境监控系统研究现状

1．5 嵌入式实时操作系统的发展和使用现状

1．5．1 嵌入式实时操作系统的发展现状

1．52 嵌入式实时操作系统的使用现状

1．6 本课题研究的内容

第二章 系统总体方案设计

2．1 系统设计目标及功能需求分析

2．2 系统方案设计

2．2．1 前端数据采集模块

2．2．2 网络数据传输

2．2．3 监控终端系统

2．3 本章小结

第三章 RT-Thread操作系统和数据传输与浏览系统

3．2 RT-Thread实时操作系统原理

3．3 LwIP协议栈原理

3．4 PPP拨号联网原理

3．5 物联网数据传输和浏览系统

3．5．1 FatFS文件系统

3．5．2 JSON网络语言的应用

3．5．3 网络协议

3．5．4 TCP连接

3．5．5 HTTP连接

3．6 Socket原理

3．6．1 Socket的位置

3．6．2 连接流程

3．6．3 Socket种类

3．6．4 物联网的互联网端的设计

3．7 乐联网开放平台

3．7．1 授权机制

3．7．2 调用机制

3．7．3 API应用

3．8 架构设计

3．9 本章小结

第四章 系统的硬件设计

4．1 无线传感器节点的设计

4．2 控制器模块

4．3 前端数据采集模块

4．3．1 温度和湿度传感器电路

4．3．2 光照度传感器电路

4．4 电源模块电路

4．5 液晶显示与驱动模块电路

4．6 通信模块SIM900A

4．6．2 SIM卡电路

4．6．3 信号指示灯电路

4．6．4 SIM900A电源电路

4．7 本章小结

第五章 数据采集系统软件开发

5．1 程序功能描述

5．2 无线传感器网络软件设计

5．3 温湿度传感器的软件设计

5．4 光照度传感器软件设计

5．5 液晶显示程序设计

5．6 nRF24L01无线通信组网协议程序设计

5．6．1 nRF24L01无线通信组网模式

5．6．2 nRF24L01无线通信组网协议

5．7 RT-Thread系统软件构架

5．8 LwIP协议栈的移植

5．9 通信模块传送数据软件设计

5．10 本章小结

第六章 系统实验与测试

6．1 嵌入式系统启动过程分析

6．1．1 内存占用情况分析

6．1．2 PPP拨号分析

6．1．3 数据传输分析

6．2 前端数据采集模块的实验结果

6．3 手机APP监控实验结果

6．4 计算机端网页查询实验数据结果

6．5 本章小结

7．1 工作总结

7．2 工作展望

参考文献

致谢

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