基于ZigBee和3G网络的茶园监测系统设计与实现

发布时间：2017-10-05 05:33

  本文关键词：基于ZigBee和3G网络的茶园监测系统设计与实现

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【摘要】：茶园中的温度、湿度以及光照等环境因素直接或间接地影响着茶树的光合作用、根系吸收等代谢过程。进而影响茶叶的产量和品质。为了提高茶叶产量和品质,促进茶产业持续健康地发展,需要对茶园环境信息进行监测,及时掌握茶园中影响茶树生长的环境信息,为茶树栽培提供参考。随着现代信息技术的不断发展,无线传感器网络(WSN)技术正逐渐被应用在农业环境监测当中,改变了传统农业的生产管理模式。本研究在分析国内外农业环境无线监测的研究基础上,针对福建山区茶园环境特征及茶树生长习性,设计了基于ZigBee技术和3G网络的茶园环境远程监测系统,对茶园中的空气温湿度、风速、风向、太阳辐射以及土壤温湿度进行了实时监测,以达到提高茶园管理效率,降低劳动强度的目的。本研究以TI公司的CC2530处理器作为ZigBee主控芯片,开展汇聚节点以及传感器节点硬件电路设计。采用3G-DTU完成汇聚节点与远程数据中心服务器的数据通讯,引入太阳能电池为各节点供电,采取具有一定防护强度的外部结构以适应恶劣的工作环境,保证了监测系统能够在无人职守的茶园环境中长期稳定运行。采用IAR EW开发工具开发基于Z-Stack协议栈的汇聚节点和传感器节点软件,实现各节点以树形结构组建无线传感器网络,采集和交换数据,在终端节点引入任务唤醒机制从而降低了终端节点的能耗。茶园环境数据监测中心软件采用网络透传技术以及虚拟串口技术完成数据交换,并通过VB上位机程序将采集到的环境数据保存在MySQL关系型数据库中,借助于Web监测系统具备的交互式图表显示功能,管理人员能够实时查看和分析茶园环境的当前数据和历史数据。茶园环境监测系统组网测试表明,合理的节点安装高度及节点间距,能够保证茶园中无线传感器网络数据传输的稳定性；采用高精度手持设备对传感器节点感知精度进行测试,结果表明传感器节点的精度能够满足茶园环境监测系统的精度要求。系统各部分的运行测试表明本研究中设计的远程监测系统能够满足对山区茶园环境的实时监测,符合系统设计目标。
【关键词】：茶园监测 Zigbee 3G 无线传感器网络
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S571.1;S126
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 无线传感器网络概述11-14
• 1.2.1 WSN的体系结构11-12
• 1.2.2 WSN协议栈结构12-13
• 1.2.3 WSN特点13-14
• 1.3 无线传感器网络在农业应用中的研究现状14-18
• 1.3.1 国外研究现状14-16
• 1.3.2 国内研究现状16-18
• 1.4 研究内容18
• 1.5 论文组织18-20
• 第二章 茶园监测系统框架及相关技术20-28
• 2.1 茶园环境监测参数分析20-22
• 2.1.1 温度20
• 2.1.2 湿度20-21
• 2.1.3 风速、风向21
• 2.1.4 太阳辐射21-22
• 2.2 茶园监测系统总体结构设计22-23
• 2.2.1 监测系统设计目标22
• 2.2.2 监测系统功能分析22
• 2.2.3 监测系统结构设计22-23
• 2.3 相关通讯技术23-27
• 2.3.1 Zigbee技术23-26
• 2.3.2 3G网络技术26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 监测系统硬件选型及其集成设计28-47
• 3.1 硬件系统概述28
• 3.2 主控芯片选型28-30
• 3.3 汇聚节点硬件系统与结构设计30-41
• 3.3.1 传感器选型30-35
• 3.3.2 下载接口及复位电路35
• 3.3.3 传感器接口电路设计35-36
• 3.3.4 串口电平转换电路设计36
• 3.3.5 太阳能充电模块设计36-39
• 3.3.6 3G-DTU模块39-40
• 3.3.7 汇聚节点结构设计40-41
• 3.4 传感器节点硬件系统与结构设计41-46
• 3.4.1 传感器接口设计42-43
• 3.4.2 电源管理模块设计43-45
• 3.4.3 传感器节点结构设计45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 监测系统软件开发47-54
• 4.1 开发环境介绍47-48
• 4.2 Z-Stack协议栈工作流程48-49
• 4.3 ZigBee节点程序设计49-53
• 4.3.1 汇聚节点程序设计49-51
• 4.3.2 路由器节点程序设计51-52
• 4.3.3 终端节点程序设计52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 茶园数据监测中心软件研发与系统测试54-67
• 5.1 茶园数据监测中心软件概述54
• 5.2 上位机程序设计54-57
• 5.3 茶园环境Web监测系统设计57-60
• 5.4 茶园监测系统测试试验60-66
• 5.4.1 WSN组网测试61-62
• 5.4.2 节点采集精度测试62-65
• 5.4.3 系统运行测试65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士研究生期间成果73-74
• 致谢74

【参考文献】

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本文编号：975084