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基于IEEE1451.2标准和ZigBee协议的温室智能控制器的研究

作　者: 周敏刚
导　师: 杨祥龙；王立人
学　校: 浙江大学
专　业: 农业生物环境工程
关键词: 温室智能控制器 IEEE1451.2 ZigBee 抗干扰设计 PIC16F877 JN5121
分类号: S625.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 2次
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内容摘要

随着设施农业的发展，各种工业界的新技术不断地被应用到温室测控领域中，如嵌入式技术、以太网通讯技术、无线传感器网络技术等，并展示了良好的发展前景。然而，与发达国家相比，我国温室测控技术的研究应用还存在较大差距，如何使各种温室控制技术符合我国的应用实际，如何有效地利用各种新技术来解决目前温室测控系统中存在的不足，如何进一步发挥温室的效能，这些都已成为当前该领域的研究热点。本文结合浙江省科技计划项目“基于嵌入式技术低成本适用性设施农业环境测控系统关键技术研究”，开发了一种基于IEEE1451.2标准和ZigBee协议的温室智能控制器。本论文研究的主要内容和成果有：1．把温室执行器部分作为研究内容，设计并开发了一种面向温室强电设备的温室智能控制器，该控制器采用PIC16F877单片机为核心，具有通用的接口；它能接收上位机的指令，实现对温室强电设备的控制。针对温室恶劣的工作环境，对该控制器进行了抗干扰设计。2．在现有的基于IEEE1451.2标准的温室网络传感器基础之上，设计了温室智能控制器与网络适配器(NCAP)组合而成的网络执行器，定义了它的电子数据表格(TEDS)，使之能够在以太网测控系统中即插即用。3．利用ZigBee无线传感器网络技术来实现温室测控系统的无线化、智能化和低成本；在原有的基于IEEE1451.2标准的温室测控系统的技术上，提出了基于ZigBee协议的温室无线测控系统的方案。该方案中定义了各个节点的组成结构和各自的功能，以及网络的拓扑结构。4．具体分析了ZigBee协议，采用Jennic公司的JN5121 SOC芯片设计了一种ZigBee无线通讯模块，该模块完成ZigBee无线传感器网络的建立和管理，实现各个节点之间的数据通讯；智能控制器与无线通讯模块结合成为温室无线测控系统的无线执行器，接收主控节点的指令并控制强电设备。无线执行器可与无线传感器及网络协调器构成基于星型拓扑结构的温室无线测控系统。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 前言  10
  1.2 国内外温室环境测控技术研究现状与发展趋势  10-13
  1.3 IEEE1451标准和ZigBee无线传感器网络协议简述  13-15
    1.3.1 IEEE1451标准简述  13-14
    1.3.2 ZigBee无线传感器网络协议简述  14-15
  1.4 课题意义与论文任务  15-20
    1.4.1 课题来源和研究意义  15-17
    1.4.2 论文任务  17-20
第2章温室智能控制器的软硬件设计  20-37
  2.1 硬件设计  20-29
    2.1.1 PIC16F877核心电路子模块  21-24
    2.1.2 串口通讯接口及其光电隔离电路子模块  24-26
    2.1.3 电源子模块  26-27
    2.1.4 输出驱动子模块  27-29
  2.2 软件设计  29-33
    2.2.1 软件开发平台  29-30
    2.2.2 系统软件设计  30-33
      2.2.2.1 软件流程和指令格式  30-32
      2.2.2.2 看门狗定时器WDT的软件实现  32-33
  2.3 系统抗干扰设计  33-34
  2.4 温室智能控制器对温室现场设备的控制  34-37
第3章基于IEEE1451.2标准的温室以太网执行器的实现  37-51
  3.1 IEEE1451.2标准  37-46
    3.1.1 电子数据表格TEDS  37-45
    3.1.2 电子数据表格TEDS的软件实现  45
    3.1.3 TII数字接口的实现  45-46
  3.2 基于IEEE1451.2标准的以太网温室测控系统  46-48
  3.3 网络适配器NCAP  48-50
  3.4 基于IEEE1451.2标准的温室以太网执行器  50-51
第4章基于ZigBee协议的温室无线执行器的实现  51-80
  4.1 ZigBee协议  51-58
    4.1.1 ZigBee协议框架  51-54
      4.1.1.1 物理层PHY  52-53
      4.1.1.2 媒体访问控制层MAC  53-54
      4.1.1.3 网络层NWK  54
      4.1.1.4 应用层APL  54
    4.1.2 拓扑结构  54-56
    4.1.3 ZigBee协议的优势及其应用  56-58
  4.2 基于ZigBee无线传感器网络的温室测控系统设计  58-60
  4.3 ZigBee无线通讯模块的软硬件设计  60-79
    4.3.1 ZigBee的解决方案  60-63
    4.3.2 无线通讯模块的硬件实现  63-65
    4.3.3 无线通讯模块的软件实现  65-79
      4.3.3.1 JN5121软件开发  65-73
      4.3.3.2 软件开发环境  73-74
      4.3.3.3 无线通讯模块的软件实现  74-79
  4.4 基于ZigBee协议的温室无线执行器  79-80
第5章全文总结及展望  80-83
  5.1 全文总结  80-81
  5.2 研究展望  81-83
参考文献  83-88
发表的论文和参与的项目  88-89
致谢  89

基于IEEE1451.2标准和ZigBee协议的温室智能控制器的研究

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