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基于ZigBee技术的葡萄大棚远程监测系统的研究

作　者: 周红伟
导　师: 仇润鹤
学　校: 东华大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 物联网 农业监测 ZigBee TRAC 太阳能电池 数据采集 LabVIEW
分类号: S628
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


农业自古以来就是一个国家经济发展的命脉,它的发展直接关系到社会的稳定与繁荣。而随着物联网这种新型技术的发展,农业和物联网的结合不仅推动了我国农业信息技术的发展,还带动一批相关产业链的滋生。基于物联网技术的农业监测系统是目前农业种植、管理和发展的新方向,而ZigBee作为物联网网络层的关键技术起着举足轻重的作用。系统根据农作物的生长习性及时的调整土壤状况和环境参数,改变了传统农业中依靠环境种植的弊端,调整了农业的产业结构,取得了可观的经济效益和社会效益。基于ZigBee技术的远程农业监测系统对农作物生长的必备要素(温度、湿度、光照、水分、二氧化碳浓度等)进行实时监测与调整,将环境调整到适合农作物生育的最佳状态。本文主要内容：基于ZigBee技术实现对昆山巴城地区葡萄种植大棚的远程智能监控,利用ZigBee技术的无线传感器网络对大棚葡萄种植中的环境温湿度、土壤温度及棚内日照断面曲线进行远程监测,系统需要在满足功能需求的前提下还要满足性价比指标；另外还设计了远程太阳能电池板工作状态监测系统,以便评估巴城地区太阳能实际使用情况,为未来使用太阳能分布式供电提供参考依据。整个系统在原有的精细种植模式下引入远程监测物联网系统,对现有种植模式进行二次升级、提高农产品的产量与附加值、降低大棚管理工作量。系统采集作物生长周期的环境数据,以便利用专家系统或人工进行分析。本文首先提出了一套基于ZigBee技术与PIC16F690单片机的低成本葡萄大棚监测节点。该节点可以连续地监测葡萄大棚内的环境温湿度与土壤温度,其传输基于ZigBee透传模块的协议,让监测过程简单、方便、快捷。为了克服距离过远、在葡萄枝叶上形成的多径效应及抑制附近同频段无线干扰,系统利用指向天线形成空间分区加以优化。为了对棚内日照断面进行采集,设计了基于可编程片上系统的TRAC日照断面采集系统。该系统可以将采集到的日照数据根据使用者的意愿通过ZigBee实时发送到上位机或写入U盘。与以往手持式TRAC日照断面采集系统不同的是：在其内部引入了双光头采样及陀螺仪用以平衡行进速度差异。最后为了对户外环境下的太阳能电池单元进行简单有效的工作监测,同时为使用者提供太阳能电池长时间能量供给评估数据,利用PIC16F877单片机及LabVIEW实现了一种可对太阳能电池能量状态、日光辐照数据长时间进行采集的监测系统。该系统利用电阻矩阵的方式扫描电池板V-I曲线,并能对环境温湿度及电池板表面温度进行监测。以上系统都完成了方案设计与样机,并已在巴城葡萄大棚中投入使用。使用结果表明其稳定可靠,可作为葡萄种植大棚远程智能监控的有效手段。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 研究背景  10-19
    1.1.1 我国农业产业概况  10-13
    1.1.2 农业信息化与物联网  13-16
    1.1.3 基于物联网的远程农业监测  16-19
  1.2 本文研究的目的、意义及主要工作  19-20
第二章 基于ZigBee技术的葡萄大棚温湿度及日照采集节点  20-55
  2.1 ZigBee技术  20-24
  2.2 葡萄大棚温湿度监测节点  24-46
    2.2.1 葡萄种植与环境温度  24-25
    2.2.2 器件选型  25-30
    2.2.3 系统设计  30-33
    2.2.4 节点功能与通信设计  33-35
    2.2.5 节点工作流程  35-37
    2.2.6 节点程序设计  37-46
  2.3 葡萄大棚日照监测节点  46-49
  2.4 节点天线  49-50
  2.5 测试结果  50-54
  2.6 本章小结  54-55
第三章 日光辐照断面采集及太阳能分布式供能评估  55-77
  3.1 日光辐照断面采集  55-57
  3.2 系统设计  57-66
  3.3 太阳能电池户外工作特性监测  66-74
  3.4 太阳能户外监测系统实测数据  74-76
  3.5 本章小结  76-77
第四章 总结与展望  77-79
  4.1 本文小结  77-78
  4.2 对今后工作的展望  78-79
参考文献  79-86
攻读学位期间的研究成果  86-87
致谢  87

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中图分类: > 农业科学 > 园艺 > 设施园艺（保护地栽培） > 果树设施园艺
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