一种基于WSN的农业气象观测系统的设计

发布时间：2017-08-09 05:20

  本文关键词：一种基于WSN的农业气象观测系统的设计

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【摘要】：基于精细化观测的农业气象服务是现代农业发展的基础。随着无线传感网络技术的发展,WSN网络也逐渐应用于农业气象观测。本文实现了一种基于WSN的农业气象观测系统,系统包含农田小气候观测子系统、株间温湿度观测子系统及作物生长观测子系统。农田小气候观测子系统包括冠层上方和土壤两个观测层。作物生长特征观测子系统通过获得高清实时图像经专用图像识别软件判定作物当前所处的发育期。株间温湿度观测子系统观测作物从地面到作物冠层间的温湿度生长信息,通用的可实现30cm、60cm处的温湿度观测,根据作物高度可选择实现150cm或300cm处的温湿度数据采集。本文的主要工作为：1.基于XBee 868模块实现树状网组网。2.株间温湿度子节点的硬件设计。3.系统集成及外场测试。为确保株间温湿度节点在野外能长时间运行,选择了低温锂电池及太阳能供电的模式。本文选用的充电管理芯片LTC4121可实现80%以上的充电效率,结合放电管理芯片CN302,实现了高效的电源管理。根据自主设计的路由协议实现了树状网络通信功能,网络中包含协调器、路由器、终端节点三种节点类型。路由节点具有转发子节点信息、维护子节点路由路径的基本功能。本文实现的树状网络具有自我修复功能,若节点超过三个周期未接收到对时信息则启动重新入网的功能。通过测试表明,株间温湿度节点在阴雨天可连续工作15天以上,且数据缺测率为0。本文实现的农业气象观测系统可实现分布式观测,可以根据实际需要方便增减或调整观测点,采样值更加全面,更具有代表性,具有广阔的应用前景。
【关键词】：农业气象 自动站 WSN网络 低功耗 电源管理
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S163
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第1章. 绪论9-14
• 1.1 选题的背景与意义9-10
• 1.2 国内外现状10-12
• 1.3 存在的问题12-13
• 1.4 本文主要工作内容13-14
• 第2章. 基于WSN的农业气象观测系统整体设计14-17
• 2.1 系统功能需求14-15
• 2.2 系统总体设计方案15-17
• 第3章. 无线传感网络的研究与实现17-45
• 3.1 无线通信技术17-21
• 3.1.1 几种短距离无线通信技术17-19
• 3.1.2 无线传输基本原理及特点19-21
• 3.2 基于868MHz的无线组网协议21-44
• 3.2.1 XBee 868模块21-26
• 3.2.2 节点类型26-27
• 3.2.3 网络拓扑结构27-28
• 3.2.4 网络参数28-30
• 3.2.5 网络机制30-31
• 3.2.6 睡眠机制31-32
• 3.2.7 路由协议32-37
• 3.2.8 数据包结构37-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章. 株间温湿度子节点硬件设计45-56
• 4.1 数据采集器45-48
• 4.2 无线通信模块48-50
• 4.3 供电单元50-55
• 4.3.1 锂电池选型50-51
• 4.3.2 充放电系统设计51-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章. 基于WSN的农业气象观测系统软件设计56-72
• 5.1 软件设计功能需求57-59
• 5.2 μC/OS-Ⅱ操作系统59-60
• 5.3 协调器软件设计60-63
• 5.4 路由节点软件设计63-69
• 5.4.1 采样算法63
• 5.4.2 WSN无线通信任务63-69
• 5.5 终端节点软件设计69-71
• 5.6 本章小结71-72
• 第6章. 测试结果及分析72-85
• 6.1 株间温湿度节点技术指标72-73
• 6.2 节点功能测试73-77
• 6.2.1 节点功耗测试73-74
• 6.2.2 供电单元功能测试74-76
• 6.2.3 通信距离测试76-77
• 6.3 组网功能测试77-82
• 6.3.1 网络初始化测试78-79
• 6.3.2 网络通信功能测试79-81
• 6.3.3 外场组网测试81-82
• 6.4 系统功能测试82-83
• 6.5 本章小结83-85
• 第7章. 总结与展望85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-91
• 作者简介91

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本文编号：643702