基于工业4.0架构的温室大棚监控系统设计

发布时间：2020-08-27 08:02

【摘要】：随着工业4.0时代的到来,社会各行各业都在朝着智能化的方向快速发展,工业4.0架构的应用也越来越广泛,其在温室大棚监控系统中也得到了应用,并且与传统的温室大棚监控系统相比,稳定性好、准确性高、响应控制速度快。本文首先结合国内外温室大棚的发展现状以及当前工业4.0架构的实际应用,介绍了将工业4.0架构应用于温室大棚监控系统中所需用到的一些关键技术,包括:工业4.0、WSN和ZigBee。接着分析系统的功能需求并得出总体设计方案。本课题介绍的温室大棚监控系统是针对多个温室大棚设计的,在其中任意一个温室大棚内搭建的下位机监控网络是由ZigBee无线路由器节点、ZigBee无线数据采集节点和ZigBee无线控制节点这3类节点共同组成的ZigBee无线传感器网络。ZigBee无线数据采集节点和ZigBee无线控制节点的PCB使用Altium Designer 14完成设计,软件部分使用Keil μVision5完成开发。整个监控系统的上位机智能信息管理系统在Android Studio 4.0下完成设计开发,并应用于平板电脑端,服务器端使用Mysql 5.7版本的对象关系型数据库,并通过MQTT协议分别实现与平板电脑端以及与网络交换机的通信。上位机和下位机之间的通信通过网络交换机实现。最后在确保监控系统的各部分已经连网后,检查监控系统各组成部分的功能是否满足需求,再实地安装并调试监控系统。调试结果表明,监控系统能实现对温室大棚内部各环境参数的监控功能。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S625;TP277
【图文】：

终端局,终端,拓展延伸,现代通信网络

逡逑ＷＳＮ从自然分层的角度可以分为３个部分：终端局域网络部分、骨干传输逡逑网络部分和业务管理网络部分，如图２－１所示。逡逑终端局域网络是ＷＳＮ中最重要的部分，它具有不同于其它通信系统的核逡逑心功能。现代通信网络的终端指的是对等通信协议的终结点，例如固定电话、逡逑手机，这些传统的终端都是一个个完整的设备实体，终端局域网络是ＷＳＮ对逡逑终端概念的拓展延伸，基本定义是多个无线设备以自组织方式相连并通过网关逡逑８逡逑

网络体系结构,开放系统互联,网络层

Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，邋ＯＳＩ）协议模型为基础，结合无线组网特点，采用分层设计思逡逑想，将不同的功能分配给不同的逻辑层。ＺｉｇＢｅｅ网络体系结构共有４层，分别逡逑为：物理层、ＭＡＣ层、网络层和应用层，如图２－２所示。其中，物理层和逡逑ＭＡＣ层由１ＥＥＥ８０２．１５．４标准定义，而网络层和应用层则由ＺｉｇＢｅｅ联盟在逡逑１ＥＥＥ８０２．１５．４标准的基础上定义。各层的主要功能分别为：（１）物理层的主要功逡逑能是定义物理无线信道与ＭＡＣ层之间的接口、激活和休眠ＺｉｇＢｅｅ节点、选择逡逑信道频率、收发佶道数据、检测信道能量以及接收链路服务质量的指示信息。逡逑其主要任务是建立收、发两端的物理链路，并在信道噪声和信号干扰的影响下逡逑维持通信质量；（２）邋ＭＡＣ层的主要功能是定义物理层与ＭＡＣ层之间以及ＭＡＣ逡逑层与网络层之间的接口和传输信标帧，同步和提供一个可靠的传输机制，并通逡逑过避免冲突载波多路侦听技术机制来控制信道的访问；（３）网络层的主要功能是逡逑定义ＭＡＣ层与网络层之间以及网络层与应用层之间的接口、管理更改网络拓逡逑扑结构以及维护网络信息数据库；（４）应用层的主要功能是发现节点、绑定节逡逑点、建立绑定表以及发起和响应绑定请求［｜３］。逡逑ＺｉｇＢｅｅ邋Ｍ络拓扑结构在网络层中定义，共有３种不同类型的网络，分别逡逑为：星型、树型和网型。每种网络中一般有３种不同类型的节点，分别为：协逡逑ＩＩ逡逑

拓扑结构图,星型网络,拓扑结构,终端节点

天津工业大学硕士学位论文节点和终端节点。３种节点的功能为：（１）每个网络只能有一个协调器，用于完成建；（２）路由器节点用于搜索终端节点并使其网络，并且具有路由、启动路由和修复路由；（３）终端节点可以申请加入已有网络，只由和转发数据的功能。逡逑扑结构是通过网络中不同类型的节点相互通结构如图２－３所示，该网络由一个协调器成，所有节点之间的通信都必须通过协调数据传送给另一个终端节点，则必须先将数器节点传送给目的节点。逡逑

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