北方日光温室群智能监控系统研究与设计

发布时间：2017-08-25 13:06

  本文关键词：北方日光温室群智能监控系统研究与设计

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【摘要】：本研究设计了一套完整的北方日光温室群智能监控系统,实现了对北方日光温室群环境因子的监控,并优化提升了数据的精确性及稳定性。相对于现有的单个温室内的监控系统研究,本设计以北方日光温室群为研究对象,并针对北方日光多温室环境进行适应性优化设计。考虑到北方日光温室的结构特点,无法单独使用ZigBee技术完成温室群的系统搭建,结合WiFi通信方式,温室内采用ZigBee无线通信方式,对温室内的空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤温度以及土壤湿度等数据进行监控,温室间采用WiFi通信方式,利用WiFi穿透性强、信号质量好等特点,实现北方日光温室群环境的监控。分析了ZigBee与WiFi网络共同覆盖下干扰冲突的问题,设计采用非协同工作方式,解决了两种无线通信技术相互干扰引起的通信数据丢失的问题。针对现有系统运行不稳定的情况进行优化,对软件与硬件设计进行了重新设计,优化了底层软件的工作流程,提升了系统工作的稳定性及流畅性。针对现有监控数据存在的测量误差以及数据抖动的情况,提出了适用于北方日光温室群环境的数据融合算法,算法对北方日光温室环境进行了适应性的优化,提升了数据测试的精确性,解决了数据抖动性对温室环境数据分析带来的干扰。本设计应用于北方日光温室群环境进行测试与分析,通信范围完全覆盖本设计北方日光温室群环境,ZigBee与WiFi干扰问题得以解决,底层软件工作稳定,硬件能量损耗低,上位机软件界面可以方便的完成人机交互操作,数据融合算法明显提升了数据的准确性并降低数据的抖动,系统运行良好,可以稳定的完成监控工作。
【关键词】：北方日光温室群 智能监控系统 ZigBee WiFi 数据融合算法
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S625.3;S126
【目录】：

• 摘要10-11
• Abstract11-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景12
• 1.2 课题研究的目的和意义12-13
• 1.3 国内外智能化设施园艺发展现状13-16
• 1.3.1 国外智能化设施园艺发展现状13-14
• 1.3.2 国内智能化设施园艺发展现状14-15
• 1.3.3 存在的问题15-16
• 1.4 课题研究内容16-18
• 1.4.1 课题研究对象16-17
• 1.4.2 研究内容17-18
• 第二章 ZigBee与WiFi的温室群监控系统关键技术18-23
• 2.1 WiFi技术18
• 2.2 ZigBee技术18-20
• 2.2.1 ZigBee技术介绍18-19
• 2.2.2 ZigBee技术特点19-20
• 2.3 ZigBee拓扑网络20-22
• 2.3.1 ZigBee节点分类20
• 2.3.2 ZigBee网络拓扑结构20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 温室群监控系统硬件架构及设计23-44
• 3.1 系统架构23-26
• 3.1.1 系统设计目标23-24
• 3.1.2 系统总体架构设计24-25
• 3.1.3 系统工作流程25-26
• 3.2 ZigBee芯片26
• 3.3 温室监控系统网关硬件设计26-36
• 3.3.1 网关架构26-27
• 3.3.2 网关硬件设计27-36
• 3.4 温室监控系统节点硬件设计36-41
• 3.4.1 节点架构37
• 3.4.2 节点硬件设计37-39
• 3.4.3 节点外围硬件设计39-41
• 3.5 硬件设计的评估41-43
• 3.5.1 节点通讯距离的评估42-43
• 3.5.2 系统硬件成本评估43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 温室群监控系统的软件设计44-60
• 4.1 ZigBee协议栈44-45
• 4.2 底层监控系统的软件设计45-49
• 4.2.1 节点的软件设计45-46
• 4.2.2 节点自定义通信协议46
• 4.2.3 网关的软件设计46-47
• 4.2.4 网关与上位机通信自定义协议47-48
• 4.2.5 ZigBee与WiFi干扰冲突的解决48-49
• 4.2.6 软件节能优化设计49
• 4.3 OAD功能软件设计49-50
• 4.4 上位机系统设计50-59
• 4.4.1 系统功能模块划分及其协同工作原理50-52
• 4.4.2 系统网络通信原理52-54
• 4.4.3 系统数据库设计54-55
• 4.4.4 系统业务逻辑设计55-59
• 4.4.5 用户-系统交互接口设计59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 精度优化的数据融合算法研究60-67
• 5.1 算法的需求分析60
• 5.2 数据融合算法60-61
• 5.2.1 数据融合算法介绍60
• 5.2.2 数据融合算法分析60-61
• 5.3 精度优化的数据融合算法61-66
• 5.3.1 算法模式61
• 5.3.2 节点部署61
• 5.3.3 精度优化的数据融合算法61-64
• 5.3.4 算法的精度测试及分析64-66
• 5.4 温室监测系统算法研究展望66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 北方日光温室群监控系统运行测试67-77
• 6.1 系统测试环境及测试对象67
• 6.2 设备通信距离测试67-68
• 6.3 丢包率测试68-70
• 6.3.1 ZigBee与WiFi冲突测试69
• 6.3.2 系统丢包率及WiFi通信测试69-70
• 6.4 系统稳定性运行测试70-72
• 6.5 上位机数据融合算法应用72-74
• 6.6 上位机测试74-76
• 6.7 本章小结76-77
• 第七章 总结与展望77-79
• 7.1 本文总结77-78
• 7.2 未来展望78-79
• 参考文献79-82
• 附录82-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间论文发表情况89

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本文编号：736901