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基于WSN的设施农业温室监控系统设计及开发

作 者: 段岳非
导 师: 李树江
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 控制工程
关键词: 无线传感器网络 设施农业 温室 监控 CC2430
分类号: TP277
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)技术愈发成熟的今天,大范围、分布式的信息采集变得更加方便可行。在这样的技术背景下,本文针对温室大棚内部的环境因素,应用无线传感器网络技术,进行了温室环境监控系统的设计和开发。本文采用了Chipcon公司的CC2430芯片作为核心部件。首先,设计制作了无线传感器网络的核心模块,一个具有控制和无线通信能力的模块。由原理图绘制到印制电路板的设计制作,再到元器件的焊接,完成一个可靠、稳定的模块。然后,基于此模块设计制作了系统的传感器节点板及汇聚节点板。核心模块插接到传感器节点板和汇聚节点板的插座上就构成了传感器节点及汇聚节点。传感器节点应用了温湿度传感器、光照强度传感器和土壤含水率传感器。最后,由传感器节点,汇聚节点,及具有数据收集、显示的上位机等部分组成整个监控系统。上位机和汇聚节点通过串口连接互相通信。在硬件系统设计完成的基础上进行系统的软件实现。首先,研究无线传感器网络操作系统TinyOS,对它的系统机制和源码构成进行剖析,进而描述了移植的原理和基本方法。然后,基于TinyOS操作系统的开发平台,进行传感器节点和汇聚节点的软件开发。针对传感器节点主要进行传感器驱动程序设计,而对于汇聚节点主要进行串口通信编程。最后,下载可执行程序到核心模块,验证程序功能。本系统应用QT编程设计上位机的显示界面及应用程序,实现实时接收和数据处理。上位机作为显示和操作终端,也是与外网连接的管理节点。上位机通过汇聚节点获得各传感器数据,通过QT界面实现实时显示。实验证明,系统工作稳定,操作简单易行。此系统硬件结构简洁,传感器多为低功耗,系统满足了节能的需求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题背景与意义  10
  1.2 设施农业监控系统国内外发展概况  10-14
    1.2.1 国外发展现状与趋势  10-12
    1.2.2 国内发展现状与趋势  12-14
  1.3 无线传感器网络技术在设施农业中的应用概况  14-15
  1.4 课题主要内容  15
  1.5 本章小结  15-16
第二章 无线传感器网络  16-24
  2.1 无线传感器网络概述  16-20
  2.2 IEEE 802.15.4 标准  20
  2.3 ZigBee 组网通信技术  20-22
  2.4 无线传感器网络节点操作系统  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章 温室监控系统设计  24-49
  3.1 系统的总体结构与功能设计  24-25
  3.2 传感器节点设计  25-44
    3.2.1 微处理器的选型  26-29
    3.2.2 传感器的选型  29-32
    3.2.3 节点核心模块设计  32-36
    3.2.4 节点电路设计  36-41
    3.2.5 印制电路板图设计  41-44
  3.3 汇聚节点设计  44-47
    3.3.1 节点电路设计  44-46
    3.3.2 印制电路板图设计  46-47
  3.4 汇聚节点与上位机之间的连接  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章 温室监控系统软件实现  49-65
  4.1 TinyOS 操作系统  49-52
  4.2 开发平台搭建  52-53
  4.3 TinyOS 移植  53-55
    4.3.1 TinyOS 硬件抽象结构  53-54
    4.3.2 TinyOS 在CC2430 上移植  54-55
  4.4 无线通信协议的实现  55-57
    4.4.1 拓扑建立与路由维护  55-56
    4.4.2 路由协议的实现  56-57
  4.5 节点应用程序  57-61
    4.5.1 传感器节点程序  57-59
    4.5.2 汇聚节点程序  59
    4.5.3 编译与下载  59-61
  4.6 基于QT 的采集界面设计  61-64
    4.6.1 开发模式与平台  61-62
    4.6.2 界面设计与多线程编程  62-64
  4.7 本章小结  64-65
第五章 系统实验及结论  65-74
  5.1 系统调试与实验  65-72
    5.1.1 核心模块通信测试  65-67
    5.1.2 总体测试  67-72
  5.2 本章小结  72-74
第六章 结论  74-75
参考文献  75-78
附录A 传感器节点部分代码  78-80
附录B QT程序部分代码  80-83
致谢  83

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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