基于无线传感网络的温室大棚监控系统的研究

发布时间：2017-04-07 12:04

  本文关键词：基于无线传感网络的温室大棚监控系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统的温室大棚通常采用人工采集环境参数的方式,依靠经验对温室环境参数进行手动调节,工作效率低。人工采集方式不单是对人力物力的极大消耗,也无法保证采集数据的实时性,大大制约了我国温室大棚技术的发展。无线传感网络技术具有低功耗、低成本和易组网等优势,本文针对温室大棚的实际环境监控需求,将无线传感网络技术引入到温室大棚的监控中,设计出一种基于无线传感网络的温室大棚监控系统。相比于传统的人工采集方式,本系统不仅能够极大地提高信息采集效率,使采集的结果更加准确,更降低了人力物力的投入。本系统的设计主要从以下两部分进行。第一部分是下位机的设计,通过分析当今流行的几种无线通信技术,综合考虑其传输距离、组网能力、功耗、成本、传输速率等各种因素,最终选择ZigBee技术作为本系统的无线通信技术。在监测区域中放入终端节点对环境参数进行监测,利用ZigBee网络实现传输,将采集到的实时环境参数经由路由器节点转发,最终传输到协调器节点。节点硬件设计主要运用片上系统方案实现,此设计方案将主控芯片与传感器相结合,大大降低了设计的复杂度,能够更有效地实现温室大棚中低成本、低功耗、高稳定性等实际需求。软件设计主要以Z-Stack协议栈作为设计依据,对Z-Stack协议栈的组成、架构作了深入研究,对各节点进行了相应的软件设计。整个系统可以根据传感器节点分布的不同,灵活组成各种网络拓扑形式,还可以实现节点的自组网、动态添加或删除功能。第二部分是上位机的设计,需要对下位机采集的温室环境参数进行显示和存储,并通过模糊专家系统进行控制策略的判断。温室大棚是一个比较复杂的环境,具有耦合性和非线性等特征,很难建立一个精确的模型进行控制。本文中将模糊算法融入到专家系统中,以冬季温室大棚为控制背景,以番茄为例,设计出符合番茄各阶段生长需要的模糊专家控制系统,并详细讲述了该系统的组成、工作原理及各模块的开发过程。该模糊专家控制系统将下位机采集传输来的实时数据模糊化处理,通过模糊推理在规则库中查询对应的模糊规则,输出相应执行策略,将温室环境调节到番茄的最佳生长环境,保证番茄的产量和质量。本温室大棚监控系统,能够进行多区域的多点监测和数据传输,具有低成本、便于安装、运行可靠等特点。并且能够利用模糊专家系统针对特定作物,给出相应环境控制策略,保证作物在最优环境下生长。该系统也可适用于农业的其他领域,对于今后温室大棚的个性化控制的发展有一定的参考价值。
【关键词】：无线传感网络 ZigBee Z-Stack 模糊专家系统 最优生长环境
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP277;TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 无线传感网络简介10
• 1.2 选题背景和研究意义10-11
• 1.3 国内外研究现状和发展趋势11-12
• 1.3.1 国外研究现状11
• 1.3.2 国内研究现状11-12
• 1.4 课题主要工作及章节安排12-14
• 第2章 温室大棚监控系统总体方案14-20
• 2.1 温室环境监控系统需求14
• 2.2 无线通信方式选择14-16
• 2.3 系统的网络拓扑结构选择16-17
• 2.4 系统具体组成部分17-18
• 2.4.1 上位机17-18
• 2.4.2 下位机18
• 2.5 本章小结18-20
• 第3章 系统下位机软硬件设计20-50
• 3.1 下位机硬件设计20-28
• 3.1.1 硬件设计概述20
• 3.1.2 终端节点硬件设计20-26
• 3.1.3 协调器节点硬件设计26-28
• 3.2 下位机软件设计28-45
• 3.2.1 软件设计概述28-29
• 3.2.2 Z-Stack协议栈29-30
• 3.2.3 ZigBee软件开发平台30-31
• 3.2.4 节点组网和通信31-35
• 3.2.5 温室环境监控系统软件设计35-45
• 3.3 下位机系统性能测试45-49
• 3.3.1 数据传输质量测试45-47
• 3.3.2 无线通信组网采集测试47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 温室专家模糊控制系统设计50-64
• 4.1 系统环境控制特点分析50-51
• 4.2 专家控制系统设计与实现51-62
• 4.2.1 专家系统51-52
• 4.2.2 模糊理论52-53
• 4.2.3 模糊专家系统53-55
• 4.2.4 模糊专家控制系统在温室中应用55-62
• 4.3 本章小结62-64
• 第5章 上位机界面设计及系统功能测试64-68
• 5.1 上位机界面设计概述64
• 5.2 数据库部分的开发64-66
• 5.3 环境参数显示界面66-67
• 5.4 专家推理模块界面67
• 5.5 本章小结67-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 总结68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 后记74-76
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况76

【参考文献】

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  本文关键词：基于无线传感网络的温室大棚监控系统的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：290386