葡萄霜霉病防控系统之数据采集与控制节点的设计与实现

发布时间：2020-06-12 13:21

【摘要】：葡萄霜霉病对葡萄产量影响严重,本文基于ZigBee无线传感网络技术,以CC2530F256芯片为核心控制芯片,设计并实现了基于IEEE 802.15.4的低功耗、多节点、便捷式、能够远距离通信的葡萄霜霉病数据采集与控制系统。该系统基于Z-Stack协议栈,运用了ZigBee无线通信、自组网、多线程控制、PWM脉冲宽度调制等技术。通过树型网络拓扑结构将采集节点、路由节点、控制节点和汇聚节点联系在一起,协同感知,实现数据与信息的交互与传递。通过破坏霜霉病的发病必要条件来达到霜霉病的防控效果。本文研究的主要内容包括:(1)采集节点利用AM2306传感器采集葡萄环境下温度数据与相对湿度数据,采用GY-30传感器采集葡萄环境下光照强度数据。针对采集节点加入低功耗节能策略,对采集的数据整合打包,借助ZigBee网络以点对点形式无线发送到汇聚节点,同时通过OLED彩屏显示出相关的数据信息。(2)控制节点由机械链路传输装置和电子控制部分组成,负责等待接收汇聚节点下发的无线命令从而启动补光。收到无线命令后触发两个继电器接通,单片机STC89C52通过PWM方波脉冲信号实现对两相四线步进电机转速和方向的控制,在电机的作用下,通过合理的机械链路传输装置,可自动控制照明装置实现旋转式补光。(3)汇聚节点对接收到的数据包进行解析判断,并通过界面友好的上位机软件实时显示数据和绘制图表。一旦发现相对湿度大于等于90%,同时光照强度小于等于10Lx时,即达到葡萄霜霉病发病阈值条件,将通过网络短地址寻找距离最近的控制节点设备ID,以点对点形式或将借助路由节点的单跳或多跳机制中转发送补光命令通知相对应的控制节点启动。(4)系统安装与测试。本系统在田间展开了系统测试与联调工作。结果表明,在发射功率为-16dBm情况下葡萄大棚稳定通信距离为70米,采集节点通过3节1.5V干电池供电,采集周期为1分钟,控制节点通过旋转式补光可覆盖面积为80m~2,与固定照明方式相比,1个控制节点可替换掉之前8个控制节点和16个照明装置,大大降低了试验的成本和电能消耗。与未安装系统的相似大棚相比,葡萄植株白色斑点明显较少,葡萄果实长势良好,证实了系统可以有效的防治葡萄霜霉病的发生与蔓延。
【图文】：

技术路线图,控制节点,节点,灯支架

Z-Stack 协议栈，，对发送功率和 PM2 模式设置，搭建一个传输平台自己的任务，通过操作任务轮询机制来实现数据和命令的交互与处理务为网络的构建、节点的绑定、信息的传送、信息的接收和管理。网络拓扑结构设计协调器节点使其以自发的形式在空间组成一个个域网，在网络中通过密度的布置采集节点，使他们协同相互感知，通过外部传感器采集外然后交给中央处理器对这些信息进行进一步分析并作出处理，通过网集节点、路由节点、控制节点和汇聚节点联系在一起，协同配合稳定控制节点设计子控制部分和机械链路传输装置组成，当环境中温湿度、光照强度达值时，控制节点收到无线命令，引导机械链路传输装置实现旋转式补输装置由底部支架、存储箱、灯支架和照明装置组成。电子控制部块 CC2530 进行通信，基于 STC89C52 单片机控制 TB6600 步进电机线 57 步进电机带动齿轮转动，齿轮通过卡套固定在转轴上，带动灯装置实现转动，利用红外对管来调整回转方向，并对补光时间定时。

外形图,驱动原理

图 2-1 L298N 驱动原理图Fig.2-1 L298N drive principle.方案二：TB6600 电机驱动。B6600 驱动内部具有光耦隔离电路，是一款专业的两相步进电机驱动，通进电机转向调节，PUL 端实现步进电机速度快慢调节，细分设有 7 档，为 1-32，由 S1S2S3开关控制，电流允许支持范围为 0.5-3.5A，由 S4S5S6于 57 式电机具有良好的驱动效果，外形图见图 2-2，支持 PWM 脉冲调较低。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP274.2;S436.631

【参考文献】