无线传感器网络农业远程监控系统的设计与实现

摘要

微电子技术、无线通信技术和传感器技术的进步，推动了无线传感器网络的快速发展，其已经成为当前IT领域研究的热点之一。由于无线传感器网络技术是应用性非常强的技术，具有十分广阔的应用前景，可以应用于军事国防、环境监测、工业控制、交通管理、医疗卫生等诸多领域，因此研究无线传感器网络在多种领域的应用系统，具有重要的学术意义和应用价值。 本论文依托于国家自然科学基金项目“可信传感器网络路由交换理论与关键技术”，研究并设计了无线传感器网络农业远程监控应用系统，实现了远程监控农业温室内环境的功能。 本文首先通过论述了无线传感器网络的研究背景、多种应用系统和节点技术的国内外现状，阐述了选题的意义。在深入分析农业的特点和需求的基础上，构建了一套基于无线传感器网络的农业远程监控系统，重点研究应用于该农业监控系统的传感节点硬件技术。根据无线传感器节点的硬件体系结构，设计出节点的处理器模块、无线通信模块、传感模块以及能量供应模块；同时，充分考虑了应用于农业监控系统的传感节点低成本、微型化等需求以及农业基地相对开阔的传播环境，优化设计出新型的微带倒F天线(IFA天线)，并利用Ansoft公司的HFSS天线仿真软件，对天线参数进行模拟，并与普通单极子天线进行性能比较。本论文构建的农业远程监控系统采用新型设计的传感节点，长期运行于北京远郊的农业基地，采集温度、光强、空气湿度等信息，通过分析与评估了系统的测试数据以及时延、流量等性能，验证了该农业应用系统的可行性和有效性。最后，对论文所做工作进行总结，并对下一步工作提出展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1引言

1.1研究背景

1.2选题意义

1.3国内外研究现状

1.3.1无线传感器网络应用系统的国内外研究现状

1.3.2无线传感器网络的支撑技术研究现状

1.3.3传感器节点技术的国内外研究现状

1.4主要工作及论文结构

2无线传感器网络农业远程监控应用系统

2.1无线传感器网络的特点

2.2系统设计原则

2.3系统架构

2.4系统设备组成

2.4.1无线传感器网络节点结构

2.4.2 CDMA网络网关结构

2.4.3服务器端结构

2.5系统工作过程及数据流程

2.6本章小结

3无线传感器网络节点的硬件设计

3.1无线传感器网络节点综述

3.2节点设计原则

3.3传感器节点硬件设计

3.3.1处理器模块

3.3.2无线通信模块

3.3.3传感器模块

3.3.4能量供应模块

3.4硬件设计中需注意的问题

3.4.1元件布局及RF优化布局

3.4.2 PCB布线

3.4.3覆铜

3.4.4介电常数

3.5本章小结

4无线通信模块微带天线的设计

4.1天线的基本原理

4.1.1天线的效率

4.1.2天线的方向性

4.1.3增益

4.1.4天线的极化

4.1.5天线的输入阻抗

4.1.6天线的频带宽度

4.2微带天线的基本原理

4.3节点微带天线的设计及仿真

4.3.1倒F天线

4.3.2节点倒F天线设计

4.4节点倒F天线仿真与测试

4.5微带天线与单极子天线的性能比较

4.6本章总结

5系统的功能实现及性能分析

5.1服务器端配置

5.2系统的监测功能实现

5.3系统性能分析

5.3.1系统时延分析

5.3.2流量分析

5.4本章总结

6结论

参考文献

附录A [常用术语英汉对照]

作者简历