基于物联网技术的智慧蜂箱设计与实现

发布时间：2017-09-23 14:46

  本文关键词：基于物联网技术的智慧蜂箱设计与实现

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【摘要】：近年来,农业物联网的研究和应用逐渐受到人们的关注,将现代化的物联网技术应用到农业生产和管理的过程中已经成为一种趋势。目前蜜蜂养殖过程中缺乏对蜂箱进行智能监测和控制的设备,无法快速方便地获取蜂箱内部环境和蜂蜜产量信息,只能通过传统的开箱检测方式获取这些信息,不仅工作效率低还会干扰蜜蜂正常的繁殖和产蜜活动。针对目前蜜蜂养殖过程中存在的这种问题,本文设计了一种基于物联网技术的智慧蜂箱,将物联网技术应用到蜂箱环境采集控制及蜂蜜产量监测系统,从而实现了蜂群的智慧养殖,降低了蜂农的劳动强度,提高了企业的管理水平。论文的主要工作如下:1、论文针对智慧蜂箱的应用需求,搭建了以STM32F103VET6微控制器为核心的蜂箱温湿度及蜂蜜产量数据采集的硬件平台,通过温湿度传感器和测重传感器实时采集蜂箱的温湿度及重量数据,采集终端集成了串口WiFi模块和ENC28J60以太网模块,支持有线与无线两种方式的数据传输,蜂农可以通过智能手机和远程PC实现对蜂箱的远程监测。2、论文针对STM32F103VET6微控制器进行了FatFS文件系统的移植,设计了触摸屏驱动程序,基于STemWin图形用户系统设计了采集终端人机界面,并基于LwIP协议栈和BOA服务器搭建了嵌入式Web服务器,提供了丰富的人机交互接口。3、论文详细分析了智慧蜂箱数据采集终端的软件系统,实现了对蜂箱温湿度环境和重量的采集及无线传输,同时基于KMeans方法提出了一种基于蜂箱温度信息的分蜂行为判断算法。4、论文对本文设计的智慧蜂箱进行了测试验证和性能分析。功能测试的结果表明系统能够实现对蜂箱环境的数据采集并能通过WiFi和以太网两种方式进行实时数据的传输;性能指标测试表明系统的WiFi信号正常稳定,WiFi传输速率最高达20KB/S左右,温湿度及重量的测量精度都较高,能满足蜂箱数据采集及分析的要求。论文的研究结果表明本文所设计的智慧蜂箱能实现对养蜂环境和蜜蜂活动的智慧监测,实现既能通过智能手机实现对蜂箱的无线监控又能通过PC机远程登录和监控蜂箱,从而为后续基于大数据进行蜜蜂行为分析及蜂群智慧养殖进行指导。一方面可以帮助蜂农减轻养蜂工作负担,提高他们的工作效率,实现科学养蜂、智慧养蜂。另一方面还可以把对蜜蜂活动的影响降到最低,并且可以基于监测结果进行通风控温及时地为蜜蜂提供舒适的繁殖和产蜜环境,提高蜂蜜的产量和质量。
【关键词】：智慧蜂箱 物联网 WiFi 嵌入式Web服务器 LwIP 分蜂预警
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44;TN929.5;S894.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状及趋势13-16
• 1.2.1 蜂群生活环境监测研究现状13-15
• 1.2.2 数据采集技术研究现状15-16
• 1.3 本文主要研究内容及方法16-17
• 1.4 本文组织结构17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 智慧蜂箱总体设计方案19-27
• 2.1 智慧蜂箱需求分析19
• 2.2 系统方案的选择19-23
• 2.2.1 处理器的选择19-21
• 2.2.2 无线通信方式的选择21
• 2.2.3 TCP/IP网络协议栈的选择21-22
• 2.2.4 Web服务器的选择22-23
• 2.3 系统总体设计方案23-26
• 2.3.1 总体方案架构23
• 2.3.2 硬件方案架构23-24
• 2.3.3 软件方案架构24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 采集终端的硬件系统设计27-41
• 3.1 主控电路设计27-28
• 3.1.1 STM32F103VET6芯片资源介绍27
• 3.1.2 主控电路分析27-28
• 3.2 系统供电电路设计28-30
• 3.2.1 USB接口的供电设计28-29
• 3.2.2 锂电池供电电路设计29-30
• 3.3 温湿度传感器电路设计30-31
• 3.4 压力传感器标准信号接入电路31-32
• 3.4.1 压力传感器介绍31
• 3.4.2 电流/电压转换电路31-32
• 3.5 FSMC总线接口及触摸屏显示电路32-35
• 3.5.1 液晶控制器ILI9325及触摸显示电路介绍32-34
• 3.5.2 触摸驱动芯片XPT2046及电路介绍34-35
• 3.6 外部SRAM存储模块35-36
• 3.7 外部Flash存储电路36-37
• 3.8 串口WiFi传输模块电路37-39
• 3.8.1 串口WiFi模块接口介绍37-38
• 3.8.2 WiFi模块的传输模型38
• 3.8.3 AT指令介绍38-39
• 3.9 ENC28J60以太网传输模块电路39-40
• 3.10 本章小结40-41
• 第4章 驱动移植及界面设计41-59
• 4.1 FatFS文件系统的移植41-42
• 4.1.1 FatFS文件系统介绍41
• 4.1.2 移植步骤分析41-42
• 4.2 触摸屏驱动程序设计42-47
• 4.3 嵌入式web服务器的搭建47-55
• 4.3.1 Lw IP协议栈的介绍48-51
• 4.3.2 HTTP协议的介绍51-53
• 4.3.3 嵌入式web服务器的实现53-55
• 4.4 采集终端的GUI人机界面设计55-58
• 4.4.1 STemWin图形用户系统的介绍55-56
• 4.4.2 基于STemWin的GUI人机界面设计56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 智慧蜂箱系统软件设计59-70
• 5.1 温湿度数据采集59-62
• 5.2 蜂群行为判断及温湿度控制62-65
• 5.2.1 分蜂行为判断及报警63-64
• 5.2.2 温湿度自动控制64-65
• 5.3 蜂箱重量采集65-69
• 5.3.1 过采样原理65-67
• 5.3.2 片内ADC转换器的配置67-68
• 5.3.3 采集数据的处理68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 采集终端的测试及性能分析70-79
• 6.1 测试环境的介绍70-71
• 6.2 功能测试71-72
• 6.2.1 采集终端与智能手机的WiFi数据传输测试71-72
• 6.2.2 采集终端的web服务器网页监控测试72
• 6.3 性能测试72-77
• 6.3.1 采集终端在多点多距离下的WiFi信号强度测试73
• 6.3.2 采集终端在多点多距离下的WiFi数据传输速率测试73-75
• 6.3.3 温湿度测量精度测试75-76
• 6.3.4 重力采样测量精度测试76-77
• 6.4 本章小结77-79
• 第7章 总结与展望79-81
• 7.1 全文总结79-80
• 7.2 工作展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 附录85

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