基于ZigBee无线网络的多参数温室监测系统研制

发布时间：2017-07-02 20:20

  本文关键词：基于ZigBee无线网络的多参数温室监测系统研制

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【摘要】：温室大棚在设施农业中占着举足轻重的位置。如何通过对温室大棚的环境参数实时的监测,成为了它的更智能、更高效的重点部分。现如今,伴随自动化、无线通信、传感器等高精尖技术的飞速提升,传统的温室无法满足农业高质量高产量的需求。有线的数据通信方法是以往智能温室的主流,随着无线传感器网络的迅速发展,应用到温室中进行信息采集和监控就备受研究者的关注。这能够使得农作物不需要受天气、地域的约束,一年四季都处在最优良的环境下生长。所以,智能温室将成为以后农业发展的主流方向,最具有潜力的产业之一。本文首先对蓝牙、WiFi、UWB、NFC以及ZigBee五种常用的无线通信进行了比对,确立ZigBee为无线通信方式,因为它有着结构简单、造价低,能耗小,自组织,容纳节点多等优点,这些都非常适合该系统。然后对ZigBee的协议栈、网络拓扑、OSAL系统进行了深入分析,然后根据系统的设计要求设计了系统总体的方案。文章的硬件设计按照顺序从采集、传送和显示的顺序,首先对温度传感器、湿度传感器以及光照传感器进行设计,芯片分别选取了DS18B20、SHT11、BH1750FVI。通信的芯片选取CC2530为核心芯片,加以CC2591进行射频功率的放大,使数据传输的更远,范围更广。然后对功能模块进行了设计,包括RS232串口模块、3.3V和5V两种电源模块和JTAG模块设计。文章的软件设计首先分析了ZigBee协议栈和OSAL系统,在二者的基础上进行无线通信的软件设计。分别对协调器节点和终端节点进行了软件设计,由于ZigBee终端节点采用电池供电,所以进行了节能的路由算法。上位机部分则采用QML脚本以及Windows API的调用来进行设计。通过系统实验平台的搭建,进行了验证所设计的系统满足了温室的监测要求,使得数据在上位机实时显示。
【关键词】：温室监测 ZigBee 传感器
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274;S625.3;TN92
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-14
• 1.2.1 国外环境监测的研究现状11-12
• 1.2.2 国内环境监测的研究现状12-14
• 1.2.3 未来发展趋势14
• 1.3 课题主要研究内容14-15
• 第2章 ZigBee无线通信技术分析与总体设计15-25
• 2.1 无线传感器网络分析15-16
• 2.2 常见无线通信技术对比16-17
• 2.3 ZigBee无线通信技术分析17-22
• 2.3.1 ZigBee协议栈规范17-19
• 2.3.2 ZigBee的网络拓扑19-22
• 2.4 监测系统整体设计要求22-23
• 2.5 监测系统总体结构设计23-24
• 2.6 采集子系统与PC上位机软件要求24
• 2.6.1 采集数据子系统要求24
• 2.6.2 上位机PC软件要求24
• 2.7 本章小结24-25
• 第3章 监测系统的硬件设计25-37
• 3.1 传感器模块设计25-30
• 3.1.1 温度传感器模块设计25-26
• 3.1.2 湿度传感器模块设计26-28
• 3.1.3 光照传感器模块设计28-30
• 3.2 ZigBee芯片选型30
• 3.3 ZigBee射频芯片30-33
• 3.3.1 CC2530微处理器外围电路设计30-32
• 3.3.2 CC2591射频芯片32-33
• 3.4 功能模块设计33-36
• 3.4.1 串口模块设计33-34
• 3.4.2 电源模块设计34-35
• 3.4.3 JTAG模块设计35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 监测系统的软件部分设计37-49
• 4.1 节点软件开发平台37-38
• 4.2 ZigBee协议栈分析38-40
• 4.2.1 ZigBee协议软件结构38
• 4.2.2 ZigBee协议栈轮巡系统38-40
• 4.3 ZigBee网络的组建40-46
• 4.3.1 协调器节点软件设计41-42
• 4.3.2 终端节点软件设计42-44
• 4.3.3 节能路由算法44-46
• 4.4 传感器测量程序设计46-48
• 4.4.1 DS18B20测温软件设计46-47
• 4.4.2 SHT11测湿度程序设计47-48
• 4.4.3 BH1750FVI测光强程序设计48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 系统仿真运行49-55
• 5.1 实验平台搭建49-51
• 5.2 实验结果分析51-54
• 5.3 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-59
• 攻读学位期间发表的学术论文59-60
• 致谢60

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本文编号：511091