基于Arduino和LabVIEW的田间环境监测系统设计与实现
发布时间：2021-01-05 03:15
田间作物在生长过程中容易受到外界环境的影响。对于这些环境参数的检测和管理,传统的农业管理主要是依靠人的经验进行判断,这种模式存在数据不准确、不全面的缺点。随着农业物联网技术的广泛应用,通过传感器对环境参数的实时检测、无线传感器网络的远距离数据传输和远程监控等先进手段组成的物联网系统也给农业管理提供了新的管理模式,使农业管理更为精细化和现代化。因此,本文设计了一个基于Arduino和LabVIEW的田间环境监测系统,旨在实现对影响作物生长的空气温湿度、光照强度和土壤湿度等环境参数的实时监测,以及实现远程控制灌溉作业等功能。本文的主要内容如下:（1）基于Arduino的系统节点设计。一方面以Arduino开发板作为节点的处理器模块构建了系统的终端节点、汇聚节点、路由节点和网关节点;另一方面是在Arduino IDE编译环境下为各个节点进行软件系统的设计。系统中,终端节点主要实现数据采集和通过接收作业指令来执行灌溉作业的功能;汇聚节点实现对终端节点上传的数据进行数据处理的功能;路由节点用于数据的多跳传输;网关节点则负责管理系统的所有节点和作为系统节点与上位机系统数据交流的桥梁。（2）基于La...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ArduinoIDE的软件开发页面
?髌鳌⒙酚善骱椭?端设备[37]。协调器主要管理网络上的所有设备以及负责网络的启动和网络地址配置等功能，因此网络中协调器是唯一、不能并存的。路由器主要负责信息的转发，特别是两个通信设备超出通信范围时必须依靠路由才能建立数据传输通道，因此路由也是设备远距离通信的桥梁，实现了数据通信范围扩增的作用。终端设备通常只作为终端监测点连接网络的设备，负责该监测点的数据上传和对网络中发送过来的信息进行接收。ZigBee网络有三种基本的网络拓扑结构：星型、网状以及树型网络拓扑[38]，其示意图如图1.3所示。图1.3ZigBee网络中三种基本网络拓扑结构星型网络拓扑结构是一种没有路由器设备的一对多通信模式，终端设备的目标父节点只能是协调器，而且终端设备之间的数据传输也必须通过协调器进行转发。树型网络拓扑结构是层层递进的模式，网络中的每一个设备都有其对应的目标设备，而且每一个设备进行数据的传输都只能往其绑定的目标地址所在的设备发送，然后通过这种层层上传的模式将信息传输到最终的设备。网状型网络拓扑结构所对应的网络中，所有设备都可以借助其通信范围内的路由器设备与目标设备进行数据通信，而当某一个路由器设备出现故障时，网络会重新寻找新的路由器进行通信路线的修复，从而保证数据的正常传输[39]，同时网络会自动保存这条新的网络线路，原先经过故障路由节点的数据传输会沿着这个新的线路进行，避免了数据无法上传的情况。三者的优缺点如表1.2所示。终端设备路由器协调器（a）星型网络拓扑结构（b）星型网络拓扑结构（c）星型网络拓扑结构
基于Arduino和LabVIEW的田间环境监测系统设计与实现10个客户端软件进行远程控制，从而实现远程灌溉等功能；（5）系统拓展功能。针对未来系统升级带来的监测参数补充或者删除等问题，系统需要提供数据接口等功能，从而做到适应需求变化的效果。2.3系统总体设计方案2.3.1系统总体设计本文所设计的监测系统是以Arduino和LabVIEW为开发平台进行设计的，系统结合了ZigBee无线传感器网络、数据处理等技术，旨在实现对影响田间农作物生长的环境参数进行远程监测，以及远程控制灌溉作业的功能。通过对系统的需求分析，设计了监测系统的总体构架，如图2.1所示。系统首先采用ZigBee网络作为终端节点、汇聚节点、路由节点和网关节点的通信网络，接着网关节点以串口通信和TCP通信两种通信方式与客户端软件进行数据传输，最后客户端软件通过HTTP通信方式将环境参数的监测数据上传至OneNET云端服务器。用户可以通过登录客户端软件进行数据管理、远程控制等相关操作，或者通过互联网访问OneNET云端服务应用查询系统的实时监测情况。图2.1系统总体构架终端节点主要有两个功能，分别是采集环境参数信息和执行灌溉作业，终端节点一方面通过ZigBee网络将检测的环境参数如空气温湿度、光照强度、土壤湿度等信息发送至汇聚节点，另一方面也通过ZigBee网络来获取用户下达的作业指令，从而控制继ZigBee网络终端节点路由节点汇聚节点网关节点OneNET数据库串口通信TCP空气温度土壤湿度光照强度空气湿度继电器终端节点客户端软件
本文编号：2957913
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ArduinoIDE的软件开发页面
?髌鳌⒙酚善骱椭?端设备[37]。协调器主要管理网络上的所有设备以及负责网络的启动和网络地址配置等功能，因此网络中协调器是唯一、不能并存的。路由器主要负责信息的转发，特别是两个通信设备超出通信范围时必须依靠路由才能建立数据传输通道，因此路由也是设备远距离通信的桥梁，实现了数据通信范围扩增的作用。终端设备通常只作为终端监测点连接网络的设备，负责该监测点的数据上传和对网络中发送过来的信息进行接收。ZigBee网络有三种基本的网络拓扑结构：星型、网状以及树型网络拓扑[38]，其示意图如图1.3所示。图1.3ZigBee网络中三种基本网络拓扑结构星型网络拓扑结构是一种没有路由器设备的一对多通信模式，终端设备的目标父节点只能是协调器，而且终端设备之间的数据传输也必须通过协调器进行转发。树型网络拓扑结构是层层递进的模式，网络中的每一个设备都有其对应的目标设备，而且每一个设备进行数据的传输都只能往其绑定的目标地址所在的设备发送，然后通过这种层层上传的模式将信息传输到最终的设备。网状型网络拓扑结构所对应的网络中，所有设备都可以借助其通信范围内的路由器设备与目标设备进行数据通信，而当某一个路由器设备出现故障时，网络会重新寻找新的路由器进行通信路线的修复，从而保证数据的正常传输[39]，同时网络会自动保存这条新的网络线路，原先经过故障路由节点的数据传输会沿着这个新的线路进行，避免了数据无法上传的情况。三者的优缺点如表1.2所示。终端设备路由器协调器（a）星型网络拓扑结构（b）星型网络拓扑结构（c）星型网络拓扑结构
基于Arduino和LabVIEW的田间环境监测系统设计与实现10个客户端软件进行远程控制，从而实现远程灌溉等功能；（5）系统拓展功能。针对未来系统升级带来的监测参数补充或者删除等问题，系统需要提供数据接口等功能，从而做到适应需求变化的效果。2.3系统总体设计方案2.3.1系统总体设计本文所设计的监测系统是以Arduino和LabVIEW为开发平台进行设计的，系统结合了ZigBee无线传感器网络、数据处理等技术，旨在实现对影响田间农作物生长的环境参数进行远程监测，以及远程控制灌溉作业的功能。通过对系统的需求分析，设计了监测系统的总体构架，如图2.1所示。系统首先采用ZigBee网络作为终端节点、汇聚节点、路由节点和网关节点的通信网络，接着网关节点以串口通信和TCP通信两种通信方式与客户端软件进行数据传输，最后客户端软件通过HTTP通信方式将环境参数的监测数据上传至OneNET云端服务器。用户可以通过登录客户端软件进行数据管理、远程控制等相关操作，或者通过互联网访问OneNET云端服务应用查询系统的实时监测情况。图2.1系统总体构架终端节点主要有两个功能，分别是采集环境参数信息和执行灌溉作业，终端节点一方面通过ZigBee网络将检测的环境参数如空气温湿度、光照强度、土壤湿度等信息发送至汇聚节点，另一方面也通过ZigBee网络来获取用户下达的作业指令，从而控制继ZigBee网络终端节点路由节点汇聚节点网关节点OneNET数据库串口通信TCP空气温度土壤湿度光照强度空气湿度继电器终端节点客户端软件
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