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基于WSN的现代大棚智能控制系统
作 者: 姜源
导 师: 王建华
学 校: 江苏科技大学
专 业: 信号与信息处理
关键词: 智能控制 精确种植 无线传感器网络 ZigBee技术 CC2430
分类号: TP212.9;TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 169次
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内容摘要
我国是历史悠久的农业大国,基本国情决定了“三农”问题成为中国经济社会发展过程中的瓶颈。农业生产效率问题就成为当前现代农业建设中的一个重要课题。同时,大棚种植作为现代农业中一个非常重要的形式在我国发展飞速,目前我国已拥有世界上最大的蔬菜保护生产面积。有效提高大棚种植生产效率保证低投入高产出,必须依赖于先进的农业自动化技术和设备,对大棚内的种植环境进行实时采集和控制,确保作物的最佳生长环境。目前市场上应用较为广泛的基于PLC、单片机或现场总线技术的有线控制系统,虽然技术成熟,但在布线、成本、生产规模可扩展性等各方面存在局限。本论文以上述系统的局限性为着眼点,探索基于无线通信技术的监控方案;同时抛弃西方发达国家基于GIS、GPS技术的大田精确种植体系方案,探索构建另外一种基于ZigBee技术无线传感器网络技术的智能控制系统。该系统利用无线传感器网络实现农情信息的实时采集,利用ZigBee技术实现组网和数据通信,由路由节点根据目标地址实现最优路径的选择,将农情信息发送到PC虚拟控制终端,并参照专家数据库的参数计算控制命令,发送到对应的大棚基站对外围电气设备进行控制,从而最终实现系统功能。论文对基于无线传感器网络的智能大棚控制系统作了详细的阐述。该系统由分布在大棚内的传感器节点(终端设备)、大棚基站(路由器节点)和PC机终端节点(网络协调器)三部分组成。传感器节点负责温度、湿度、光照度和CO2浓度等农情信息的采集,大棚基站负责农情信息的汇总转发以及大棚内电气设备的控制,PC机终端负责信息的汇总和与PC虚拟控制平台的通信。自适应组网和数据通信路由算法的选择上,论文分析了该系统基于ZigBee网络节点树形拓扑的自适应路由选择算法。该算法在分层路由LEACH算法的基础上,分析了该算法的缺陷并进行了改进。通过NS2仿真结果表明,改进后的算法网络总体能耗平稳,并有所降低,网络生命周期大大提高。经系统测试,本文所设计的架构合理,功能电路实现较好,系统工作稳定,性能优良,成本低廉,较好地达到了预期的各项指标,具有一定的推广价值。
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全文目录
摘要 6-7 Abstract 7-15 第1章 绪论 15-21 1.1 课题的背景 15-18 1.1.1 农业信息化 15-16 1.1.2 精确农业 16 1.1.3 我国农业发展现状 16-17 1.1.4 课题的提出 17-18 1.2 课题的国内外研究现状 18-19 1.2.1 温室监控系统的研究现状 18 1.2.2 WSN 的研究现状 18-19 1.3 课题的研究意义 19-20 1.4 论文的主要研究内容 20-21 第2章 WSN 与ZigBee 技术 21-36 2.1 无线传感器网络 21-27 2.1.1 WSN 的系统结构 21-23 2.1.2 WSN 的网络协议体系结构 23-24 2.1.3 WSN 的特点与关键技术 24-26 2.1.4 短距离无线通信技术的选择 26-27 2.2 ZigBee 技术 27-33 2.2.1 ZigBee 协议概述 27-29 2.2.2 ZigBee 协议的分层结构 29-33 2.3 基于ZigBee 的WSN 模型 33-35 2.3.1 ZigBee 的网络配置 33 2.3.2 ZigBee 的网络拓扑 33-34 2.3.3 基于ZigBee 的WSN 模型 34-35 2.4 本章小结 35-36 第3章 系统设计与路由协议研究 36-53 3.1 系统功能需求分析 36-39 3.1.1 系统功能描述 36 3.1.2 系统设计要求 36-39 3.2 系统整体设计 39-40 3.2.1 系统总体设计 39 3.2.2 系统网络拓扑结构 39-40 3.3 终端节点地址分配机制 40-41 3.4 路由算法设计与仿真 41-52 3.4.1 现有路由算法比较 41-43 3.4.2 LEACH 算法 43-50 3.4.3 LEACH 算法改进 50-52 3.5 本章小结 52-53 第4章 智能大棚系统硬件设计 53-64 4.1 节点硬件模块化设计 53-54 4.2 微处理器模块设计 54-55 4.3 数据采集模块设计 55-57 4.4 外围控制模块设计 57-59 4.5 其他模块设计 59-60 4.5.1 电源模块设计 59 4.5.2 LCD 显示模块设计 59-60 4.5.3 串口模块设计 60 4.6 PCB 的制作 60-63 4.7 本章小结 63-64 第5章 智能大棚系统软件设计 64-80 5.1 软件系统框架 64-65 5.2 无线传感器网络的组建 65-70 5.2.1 协调器创建网络 65-67 5.2.2 节点入网 67-70 5.3 数据采集模块 70-75 5.3.1 温湿度采集模块 70-73 5.3.2 土壤湿度采集模块 73-74 5.3.3 光照度与C0_2 浓度采集模块 74-75 5.4 数据的传输模块 75-76 5.4.1 路由算法的实现 75 5.4.2 路由节点一轮采集过程 75-76 5.4.3 终端节点发送过程 76 5.5 网络协调端管理与控制模块 76-79 5.5.1 专家数据库创建与调用 77 5.5.2 采集数据的管理 77-78 5.5.3 PID 控制计算 78-79 5.5.4 串口模块 79 5.5.5 图形绘制模块 79 5.6 本章小结 79-80 第6章 系统测试 80-88 6.1 测试方案 80-82 6.1.1 软硬件测试环境 80-81 6.1.2 测试项目 81-82 6.2 测试过程与测试结果 82-87 6.2.1 节点组网测试 82-83 6.2.2 点对点通信测试 83-84 6.2.3 数据采集与管理功能测试 84-86 6.2.4 控制功能测试 86-87 6.3 本章小结 87-88 第7章 结论与展望 88-90 7.1 结论 88-89 7.2 展望 89-90 参考文献 90-93 攻读硕士学位期间发表的学术论文 93-94 致谢 94-95 详细摘要 95-98
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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 > 自动控制、自动控制系统
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