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农田环境检测蓝牙传感器节点的研究与设计

作　者: 蒲攀
导　师: 何东健
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 农田环境蓝牙无线传感器节点单片机
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作物种植环境对农作物的产量和品质具有决定作用,是农业生产存在和发展的重要物质基础。利用先进的科学手段对作物种植环境监测,从中分析和掌握作物种植环境动态变化规律,以便及时调整改善种植环境,创造出更适合作物种植的有利自然条件。本文提出将蓝牙技术应用于农业生产的蓝牙传感器节点的研究方案,通过软件和硬件设计研究,最终实现传感器节点对农田环境参数的可控频率式采集以及对所采集数据的准确无线传输。主要研究内容及结论如下:(1)分析了蓝牙传感器在农业中的应用背景,根据农田环境监测的应用需求分析,提出将蓝牙技术应用于农业生产的蓝牙传感器节点的设计方案。在传感器节点上设计液晶显示、独立计时等功能,方便用户直观查看传感器节点工作状态且非常适合野外工作要求。(2)以模块化设计思想对传感器节点进行硬件设计。包括供电子模块设计、计时子模块设计、显示子模块设计、按键调节子模块设计、数据采集子模块设计、数据处理子模块设计、蓝牙通讯子模块设计和天线设计。经测试各模块工作正常。(3)在Keil C51平台上,利用C语言设计了相关硬件电路的控制程序。经测试,程序运行稳定、可移植性强。(4)根据蓝牙传感器节点的使用要求,在主节点开发了控制数据定时发送、单次发送、错误提示等功能并实现对历史数据的保存。通过在主节点控制数据发送频度从而降低功耗。经测试,各项功能运行良好、软件界面友好。(5)研究了降低无线信道传输误码率的方法,改进创新了一种用于降低误码率的信道编码、译码方式。通过仿真结果证明该编码、译码方式的有效性。本设计适用的环境范围广,开发运行成本低,对于推动我国设施农业生产、提高作物产量、提升农产品品质,实现农业生产自动化具有积极的意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-16
  1.1 研究的背景和意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 国外研究概况  12-13
    1.2.2 国内研究概况  13-14
  1.3 本课题的研究内容和目标  14-16
第二章无线传感器节点理论分析与系统方案设计  16-24
  2.1 农田环境参数采集需求分析  16
  2.2 蓝牙技术简介及基本组成  16-18
    2.2.1 蓝牙技术的概念及特点  16-17
    2.2.2 蓝牙技术的基本组成  17-18
  2.3 蓝牙技术的工作原理  18-19
    2.3.1 硬件工作原理  18-19
    2.3.2 软件工作原理  19
  2.4 蓝牙传感器节点的物理原理  19-20
    2.4.1 蓝牙从节点的物理原理  19-20
    2.4.2 蓝牙主节点的物理原理  20
  2.5 蓝牙传感器节点的节能状态和纠错方式  20-21
    2.5.1 蓝牙传感器节点的节能方案分析与选择  20-21
    2.5.2 纠错方案的分析与选择  21
  2.6 系统总设计方案的分析和确定  21-23
    2.6.1 蓝牙从节点设计方案的分析与定型  21-22
    2.6.2 蓝牙主节点设计方案的定型  22-23
  2.7 系统设计关键技术分析  23
  2.8 本章小结  23-24
第三章蓝牙传感器节点硬件设计  24-42
  3.1 微处理器选型及外围电路设计  24-30
    3.1.1 微处理器选型  24-25
    3.1.2 STC89C52RC 单片机的片内结构和外部引脚说明  25-27
    3.1.3 微处理器硬件电路设计  27-30
  3.2 蓝牙通讯模块选型和电路设计  30-31
    3.2.1 蓝牙模块选型  30-31
    3.2.2 蓝牙通讯模块外围电路设计  31
  3.3 天线单元的选型设计和电路实现  31-33
  3.4 数据采用子系统的器件选型与电路设计  33-37
    3.4.1 温、湿度传感器选型  33-35
    3.4.2 温、湿度传感器外围电路设计  35-37
      3.4.2.1 DHT21 外围电路设计  35-36
      3.4.2.2 SHT11 外围电路设计  36-37
  3.5 计时子系统器件选型和电路设计  37-39
    3.5.1 计时子系统的方案和器件选型  37-38
    3.5.2 计时芯片外围电路设计  38-39
  3.6 子节点显示系统器件选型与电路设计  39-40
    3.6.1 显示系统器件选型  39-40
    3.6.2 显示子系统外围电路设计  40
  3.7 按键调节子系统设计  40-41
    3.7.1 按键调节子系统器件选型与电路设计  40-41
  3.8 本章小结  41-42
第四章蓝牙传感器节点软件设计  42-58
  4.1 软件设计需求分析  42
  4.2 软件开发环境  42-45
    4.2.1 单片机编程环境  42-44
    4.2.2 单片机下载烧录环境  44-45
  4.3 系统各功能模块程序设计  45-57
    4.3.1 系统程序整体设计  45-46
    4.3.2 按键扫描程序  46-49
    4.3.3 时间调整程序  49-51
    4.3.4 液晶显示程序  51-53
    4.3.5 传感器控制程序  53-56
    4.3.6 数据传送程序  56-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章系统测试与结果分析  58-63
  5.1 系统测试  58-62
    5.1.1 可靠性测试  59-60
    5.1.2 精度测试  60-61
    5.1.3 传输距离测试  61-62
    5.1.4 功耗测试  62
  5.2 测试结论  62
  5.3 本章小结  62-63
第六章结论与展望  63-64
  6.1 结论  63
  6.2 展望  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
作者简介  68

农田环境检测蓝牙传感器节点的研究与设计

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