基于ZigBee技术的小麦环境信息感知系统的设计与实现

摘要

目前国内农业处于发展的初级阶段，存在生产、管理科技水平低，基础设施薄弱，机械化水平低，可耕种土地少，产量低，农产品质量不安全等问题。研究ZigBee技术在农业数据获取和数据传输中的应用，对提高产量，发展农业科技水平具有重要的指导意义。同时也是实现精准农业、智能农业必须攻克的关键技术。本论文对ZigBee技术的研究具有重要的现实意义。
　　ZigBee是一种近距离双向无线通信技术标准，具有低功耗、低成本、低速率、近距离、高容量、安全可靠、支持节点多、拓扑结构丰富等众多特点。这些特点使得ZigBee技术在智能农业、精准农业、消费性电子设备、智能楼宇、工业控制、医疗、玩具游戏、设备外设等领域具有重要的应用价值。
　　本论文基于ZigBee技术，以CC2530芯片为核心研究和设计了小麦环境信息（光照、温湿度、电压）采集模块，开发和组建了小麦环境信息感知系统。节点具有操作简单、安全可靠、采集数据种类多、功耗低成本少等优点。
　　本论文研究的主要工作和取得的成果如下:
　　1.查阅相关文献，掌握小麦生长过程中，环境因子（温度、湿度、光照）对其的影响作用，为传感器的选择提供理论依据。选取光敏电阻采集光照信息，SHT11传感器采集温湿度信息，并设计模拟传感器通道，预留接口，方便外接。
　　2.对小麦环境信息感知系统进行需求分析和研究，确定小麦环境信息感知系统设计流程。对系统设计用的ZigBee技术，进行了详细的理论阐述。
　　3.设计和开发了终端节点和协调器，并对CC2530芯片进行了详细介绍。重点是终端节点数据采集模块和低功耗继电器模块的设计。
　　4.基于Z-stack协议栈构架，对小麦环境信息感知系统的软件部分进行设计和开发，完成了无线传感器网络的组建。
　　5.通过各项试验测试，修改硬件部分和软件部分存在的问题，完善无线传感器网络存在的不足。最终建立小麦环境信息感知系统。

目录

声明

摘要

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1．1 课题背景及选题意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 ZigBee技术的发展

1．2．2 ZigBee技术与其他无线通信技术的比较

1．3 关键环境因子在小麦成长过程中的影响作用

1．4 论文的研究内容

第二章 ZigBee技术

2．1 IEEE 802．15．4网络通信标准

2．1．1 IEEE 802．15．4标准的主要特点

2．1．2 物理层(PHY)

2．1．3 媒体访问控制层(MAC)

2．2 ZigBee技术概述

2．2．1 ZigBee体系结构

2．2．2 网络层(NWK)规范

2．2．3 应用层(APL)规范

2．2．4 ZigBee网络设备类型

2．2．5 ZigBee网络拓扑结构

2．2．6 ZigBee网络工作模式

2．2．7 ZigBee网络地址分配

2．2．8 寻址

2．2．9 ZigBee术语

2．2．10 绑定(binding)

2．3 ZigBee协议栈

第三章 ZigBee无线传感器网络节点硬件设计

3．1 无线传感器网络节点的设计要求

3．2 无线传感器网络节点的总体框架

3．3 CC2530芯片介绍

3．4 无线传感器网络节点的结构设计

3．4．1 射频核心板模块介绍

3．4．2 电源供电模块

3．4．3 程序下载模块设计

3．4．4 传感器模块设计

3．4．5 继电器模块设计

3．4．6 用户按键、LED显示和扩展接口

3．5 无线传感器网络终端节点和协调器节点比较

第四章 ZigBee无线传感器网络节点软件设计

4．1 TIZ-stack软件构架

4．1．1 系统初始化

4．1．2 操作系统的执行

4．2 应用软件设计

4．2．1 光照测量子程序

4．2．2 温湿度测量子程序

4．2．3 电压传感器测量子程序

4．2．4 电流传感器测量子程序

4．3 协调器节点程序设计

4．3．1 协调器建立网络

4．3．2 协调器接收数据

4．3．3 串口传送数据

4．4 终端节点程序设计

4．4．1 终端节点加入网络

4．4．2 终端节点发送数据

第五章 ZigBee无线传感器网络测试

5．1 组网测试

5．1．1 协调器节点建立网络

5．1．2 终端节点加入网络

5．2 通信性能的测试

5．2．1 传输距离的测试

5．2．2 固定距离通信性能测试

5．3 传输数据的格式定义

5．4 其他功能模块测试

5．5 小麦环境信息感知系统的组建

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

自我介绍