基于无线传感器网络的农田环境监测研究
发布时间：2021-12-16 08:31
我国是农业大国,农田种植是农业中关键的一部分。提升农田智能监测系统,近几年以来都是计算机、嵌入式、通信等专业的重点研究方向。农田监测需对待测区域内的温度、湿度、光照强度等土壤及周围环境信息进行监测,为精细化农业提供了支撑,达到增强生产效率、提升农产品质量进而降低生产成本的目的。传统农田监测多采用有线,存在施工难度大、布线困难、维护不便等问题。针对上述问题,结合ZigBee技术和无线传感器网技术,提出了一种基于无线传感器网络的农田监测系统。本文首先对ZigBee技术进行了介绍,并根据农田监测系统的需求分析,给出了系统的总体设计;按照设计要求,给出了基于CC2530芯片的ZigBee数据采集节点和汇聚节点的硬件设计,以及节点软件设计流程图;分析了ZigBee网络的休眠和唤醒特点,并在此基础上提出了基于二十四节气的传感器节点休眠算法;给出了PC端监测系统的软硬件设计和实现。最后,本文对已经完成的工作做了总结。指明了远程芯片的升级、数据融合和农田监测软件的个性化设计是下一阶段的工作方向。
【文章来源】：北方民族大学宁夏回族自治区
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZigBee技术2-1传感器节点
北方民族大学 2018 届硕士学位论文 第二章 系统关键技术分析正确性；使用带应答的数据传输方式来保证数据传输正确的目的地址；（2）低成本、低功耗，ZigBee 技术可以应用与 8-bit MCU，TI 公司推出的兼容 ZigBee2007 协议的 SoC 芯片 CC2530价格低廉，芯片上外接 PCB 天线和阻容器件即可构成网络节点。ZigBee 无线传感器网络中的设备主要分为协调器（Coordinator）负责无线网络的构建和维护；路由器（Router）负责网络中的数据路由；终端节点（End Device）负责网络中数据信息的采集。其中只有终端节点可以休眠，耗能低。（3）高安全性，为了保证数据传输的安全性，可以使用 AES-128 不对称加密技术[36]-[38]。2.2.2 ZigBee 协议栈ZigBee 在设计网络架构时，一般采用分层的思想，给不同的层赋予不同的功能，使数据在相邻的分层之间流动。如以太网中的 ISO 模型是国际标准化组织提出的 OS（IOpen SystemInterconnection）七层模型。如图 2-2 OSI 参考模型所示。
图 2-3 ZigBee 无线网络各层示意图2.2.3 ZigBee 物理层ZigBee 的物理层是根据 IEEE802.15.4 标准制定，物理层还定义了物理无线信道和 MAC子层之间的接口，提供了物理层数据服务和管理服务两种功能。目前有两个物理层的标准，它们分别是 2.4GHz 物理层和 868MHz/915MHz 物理层。ZigBee 技术使用的工作频率不同，不同国家、地区为其提供的工作频率范围也是不同的。物理层的主要功能是：激活或休眠视频收发器，采集发送数据；信道选择、检测；链路分析、空闲信道监听[25]。ZigBee 根据不同国家和地区，在 IEEE802.15.4 标准中工分配了二十七种，具有 3 个速率的信道，如表 2-1 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于全网休眠的ZigBee网络节能算法[J]. 赵亚楠,曹红伟,徐栋梁. 信息通信. 2017(01)
[2]基于ZigBee的农业大棚监控系统的设计[J]. 鲍文燕,谭剑. 农业网络信息. 2016(06)
[3]基于无线传感器网络的远程医疗生理数据采集研究[J]. 张淋江,孔素真,刘志龙. 数字技术与应用. 2015(08)
[4]精确制导武器天基路径规划平台概念研究[J]. 李恩奇,李桢,果琳丽,梁鲁. 空间电子技术. 2015(03)
[5]藏族天文历算中二十四节气的算法及其应用[J]. 傅千吉. 西北民族大学学报(自然科学版). 2012(04)
[6]藏汉天文历算中二十四节气的算法及其应用[J]. 傅千吉. 西北民族大学学报(自然科学版). 2011(04)
博士论文
[1]无线传感器网络自组织技术研究[D]. 廖鹰.华中科技大学 2011
[2]无线传感器网络移动节点定位及安全定位技术研究[D]. 彭保.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于物联网的智能室内环境质量监测系统设计与实现[D]. 秦瀚.兰州大学 2016
[2]ZigBee系统节能方法的研究[D]. 程威.重庆邮电大学 2016
[3]基于WSN的灌区信息监测及三维可视化系统的设计与实现[D]. 宋东东.华北水利水电大学 2016
[4]基于ZigBee技术的温室环境节能监测系统研究[D]. 段锋锐.西南大学 2016
[5]基于ZigBee技术的智能路灯监测系统设计[D]. 康培华.哈尔滨理工大学 2016
[6]基于Android的智能家居监测系统设计[D]. 龚婉婉.合肥工业大学 2015
[7]无线传感器网络节点休眠调度方法研究[D]. 冷蒙.燕山大学 2014
[8]无线传感器网络节点休眠调度算法的研究与实现[D]. 汪浩.安徽工业大学 2013
[9]基于WSN的水质监测系统中ZigBee协议和网关系统的设计与实现[D]. 丁胜建.安徽大学 2013
[10]基于CC2531的无线传感器网络采集节点软件设计及实现[D]. 杨兆中.电子科技大学 2011
本文编号：3537827
【文章来源】：北方民族大学宁夏回族自治区
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZigBee技术2-1传感器节点
北方民族大学 2018 届硕士学位论文 第二章 系统关键技术分析正确性；使用带应答的数据传输方式来保证数据传输正确的目的地址；（2）低成本、低功耗，ZigBee 技术可以应用与 8-bit MCU，TI 公司推出的兼容 ZigBee2007 协议的 SoC 芯片 CC2530价格低廉，芯片上外接 PCB 天线和阻容器件即可构成网络节点。ZigBee 无线传感器网络中的设备主要分为协调器（Coordinator）负责无线网络的构建和维护；路由器（Router）负责网络中的数据路由；终端节点（End Device）负责网络中数据信息的采集。其中只有终端节点可以休眠，耗能低。（3）高安全性，为了保证数据传输的安全性，可以使用 AES-128 不对称加密技术[36]-[38]。2.2.2 ZigBee 协议栈ZigBee 在设计网络架构时，一般采用分层的思想，给不同的层赋予不同的功能，使数据在相邻的分层之间流动。如以太网中的 ISO 模型是国际标准化组织提出的 OS（IOpen SystemInterconnection）七层模型。如图 2-2 OSI 参考模型所示。
图 2-3 ZigBee 无线网络各层示意图2.2.3 ZigBee 物理层ZigBee 的物理层是根据 IEEE802.15.4 标准制定，物理层还定义了物理无线信道和 MAC子层之间的接口，提供了物理层数据服务和管理服务两种功能。目前有两个物理层的标准，它们分别是 2.4GHz 物理层和 868MHz/915MHz 物理层。ZigBee 技术使用的工作频率不同，不同国家、地区为其提供的工作频率范围也是不同的。物理层的主要功能是：激活或休眠视频收发器，采集发送数据；信道选择、检测；链路分析、空闲信道监听[25]。ZigBee 根据不同国家和地区，在 IEEE802.15.4 标准中工分配了二十七种，具有 3 个速率的信道，如表 2-1 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于全网休眠的ZigBee网络节能算法[J]. 赵亚楠,曹红伟,徐栋梁. 信息通信. 2017(01)
[2]基于ZigBee的农业大棚监控系统的设计[J]. 鲍文燕,谭剑. 农业网络信息. 2016(06)
[3]基于无线传感器网络的远程医疗生理数据采集研究[J]. 张淋江,孔素真,刘志龙. 数字技术与应用. 2015(08)
[4]精确制导武器天基路径规划平台概念研究[J]. 李恩奇,李桢,果琳丽,梁鲁. 空间电子技术. 2015(03)
[5]藏族天文历算中二十四节气的算法及其应用[J]. 傅千吉. 西北民族大学学报(自然科学版). 2012(04)
[6]藏汉天文历算中二十四节气的算法及其应用[J]. 傅千吉. 西北民族大学学报(自然科学版). 2011(04)
博士论文
[1]无线传感器网络自组织技术研究[D]. 廖鹰.华中科技大学 2011
[2]无线传感器网络移动节点定位及安全定位技术研究[D]. 彭保.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于物联网的智能室内环境质量监测系统设计与实现[D]. 秦瀚.兰州大学 2016
[2]ZigBee系统节能方法的研究[D]. 程威.重庆邮电大学 2016
[3]基于WSN的灌区信息监测及三维可视化系统的设计与实现[D]. 宋东东.华北水利水电大学 2016
[4]基于ZigBee技术的温室环境节能监测系统研究[D]. 段锋锐.西南大学 2016
[5]基于ZigBee技术的智能路灯监测系统设计[D]. 康培华.哈尔滨理工大学 2016
[6]基于Android的智能家居监测系统设计[D]. 龚婉婉.合肥工业大学 2015
[7]无线传感器网络节点休眠调度方法研究[D]. 冷蒙.燕山大学 2014
[8]无线传感器网络节点休眠调度算法的研究与实现[D]. 汪浩.安徽工业大学 2013
[9]基于WSN的水质监测系统中ZigBee协议和网关系统的设计与实现[D]. 丁胜建.安徽大学 2013
[10]基于CC2531的无线传感器网络采集节点软件设计及实现[D]. 杨兆中.电子科技大学 2011
本文编号：3537827
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