基于无线传感器网络的农田气象信息检测系统的设计与实现

发布时间：2017-07-15 22:22

  本文关键词：基于无线传感器网络的农田气象信息检测系统的设计与实现

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【摘要】：随着国民经济的发展和科学技术的进步，物联网的神经末梢之一——无线传感器网络（WSN）取得了长足的发展，在日常生活中被人们越来越多的用在数据采集、工业控制等领域。随着嵌入式技术、无线通信网络技术、分布式信息处理及传感器技术的发展逐渐形成的一种新技术：无线传感器网络；为信息获取、处理和传输的又提供了一种新方法，除了在一些传统领域的运用，也正在逐渐向更广的领域扩展。WSN在农业生产领域的运用正引起人们广泛的重视。它对转变当下我国传统农业生产方式，促进我国农业向现代化迈进中有着非凡的意义，也是缩短我国土地资源快速减少的一个重要方法。 农田气象要素的采集为农业现代化的发展提供有力的支持，是精准农业生产中的重要一环，对农作物的生长和产量影响较大。由于现代农业对农田气象信息采集提出了可视化、实时性、远程控制的要求和原则，本文开发了一套基于太阳能供电的WSN农田气象信息检测系统，从而完成对环境温湿度、土壤温度、土壤水分、降雨量、风速、光照强度等农田基本要素信息的采集、存储、处理和分析任务，可为农业精细化管理提供关键的数据支持。系统包括以STM32F103C8T6为核心处理器为控制单元、各传感器接口电路组成的采集终端、CC2530为无线通信单元和由LTC3845A和LTC4000-1实现的具有太阳能最大功率点跟踪(MPPT)的充电控制器的硬件系统和PC上位机软件及自动化观测的实现方法。 根据农田的环境特点，本系统要完成对环境温湿度、土壤温度、土壤水分、降雨量等七种农田基本要素的传感器的选型和硬件电路模块化的设计。采集终端的控制软件采用模块化思想编程设计，划分成多个任务来完成，最后把μC/OS-II移植到STM32F103C8T6上。同时基于Z-Stack开发系统所需要的WSN网关节点和终端节点的程序。进行串口通信协议的设计，保证采集终端和终端无线节点及PC上位机和网关节点的数据传输无缝对接，基于.NET平台设计上位机数据监控平台。本检测系统实现了对基本农田要素自动采集和处理，系统硬件运行稳定可靠，数据准确，系统软件简单实用，达到了预期目标，使农田气象信息的检测由传统向现代化发展，，采集的信息更加量化，可以较好地指导现代农业生产实践。最后对系统进行了整体测试，测试结果达到了预期目标，满足项目的验收条件。
【关键词】：无线传感器网络（WSN） 农田气象信息检测 太阳能最大功率点跟踪（MPPT） μC/OS-II STM32F103微控制器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP274;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题提出的背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 课题主要研究目的13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 1.5 小结15-16
• 第2章 系统需求分析和总体方案设计16-20
• 2.1 系统的需求分析16-17
• 2.2 总体方案设计17-18
• 2.3 系统工作原理18-20
• 第3章 系统硬件设计与实现20-39
• 3.1 农田气象信息检测系统终端概述20-21
• 3.2 数据采集器的硬件的设计与实现21-31
• 3.2.1 微控制器的选择21-22
• 3.2.2 环境温湿度模块设计22-24
• 3.2.3 土壤温度模块设计24
• 3.2.4 土壤水分和光照模块设计24-27
• 3.2.5 降雨量模块设计27-29
• 3.2.6 风速模块设计29-30
• 3.2.7 数据采集器电源模块30-31
• 3.3 太阳能供电的设计31-33
• 3.4 无线传输设计33-38
• 3.5 小结38-39
• 第4章 系统软件设计39-50
• 4.1 软件设计平台39
• 4.2 关键技术39-40
• 4.3 数据采集器的程序设计40-43
• 4.4 CC2530 的 Z-Stack 协议栈的开发43-48
• 4.5 上位机程序的设计48-49
• 4.6 小结49-50
• 第5章 系统整体测试50-57
• 5.1 太阳能供电系统试验50-51
• 5.2 农田气象信息采集终端的试验51-54
• 5.3 CC2530 无线试验54-55
• 5.4 系统试验55-57
• 第6章 总结和展望57-60
• 6.1 总结57-58
• 6.2 展望58-60
• 参考文献60-65
• 作者简介及科研成果65-66
• 后记和致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 蒋鹏;;基于无线传感器网络的湿地水环境数据视频监测系统[J];传感技术学报;2009年02期

2 王章权;裘杨杰;;带MPPT控制的光伏充电控制器的设计[J];电气电子教学学报;2011年06期

3 颜玉华;;耕地红线是我国粮食安全生命线[J];调研世界;2011年04期

4 司海飞;杨忠;王s

本文编号：546033