基于物联网的泰山茶环境控制系统设计与实现

发布时间：2020-11-16 20:40

　　 近年来,泰山茶产业发展迅猛,已经成为当地特色农业发展的一张靓丽名片。泰山茶的种植面积已经达到了五万亩,产值接近10亿元。逐步形成了规模化、集约化、体系化齐头并进的泰山茶产业格局。但与泰山茶产业高速发展相对应的,是泰山茶业生产栽培、加工没有完全达到标准化、清洁化、连续化,茶园生态差,标准化低,茶类产品质量不稳定。大多数泰山茶种植户采用的还是越冬拱棚加人工操控的较原始种植方式,生产效率远远落后于产业发展需要。针对当地泰山茶种植管理过程中效率低、劳动力投入大、管理不够精准的问题,完成了一种基于物联网的泰山茶环境控制系统,有助于提高生产效率、防止灾害性天气损害,提高泰山茶产量与品质。主要研究内容如下:(1)对泰山茶生产需要具体环境因子进行统计、调研、汇总,并得出不同时期泰山茶生长的环境因子适宜区间。对现有主流物联网技术优缺点进行详细考察比对,确定采用ZigBee无线传感网络技术为依托,从系统整体角度对ZigBee无线传感网络进行了研究,并完成传感器选型。(2)结合泰山茶生长环境需求,对系统软硬件进行设计。在硬件设计方面,从数据采集终端、控制终端、无线通信模块、微处理器模块等方面进行设计,完成了系统的搭建。在软件设计方面,结合实际需求,完成上位机系统开发,实现了系统登录、信息实时显示、历史数据查询等功能。(3)为确保系统信息获取准确度,实现数据有效精确收集和对环境参数的远程控制,引入卡尔曼滤波算法、误差优化控制算法对传感器采集数据进行去噪声、去冗余,提高了采集数据的可靠性。在对系统进行以上设计与优化后,对系统组网和无线通信进行测试,同时对系统功耗进行计算。整套系统稳定性高、功耗低、自动化程度高,为泰山茶种植领域环境精准控制提供了一套良好的解决方案。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S685.14;TP391.44;TN929.5
【部分图文】：

基于物联网的泰山茶环境控制系统设计与实现8制网络。2.1.3网络拓扑结构ZigBee无线传感网络分为星型网络，簇状网络以及网状网络三种结构。这三种结构的网络适合不同的应用场合，可以根据使用场景进行选择。（1）星状网络拓扑结构这种网络采用环抱式设计，协调器节点位于中心，路由器节点和最后一个收集器节点直接连接到协调器，保证了通信的及时和准确。协调器会影响整个网络，导致网络整体罢工，所以实际运用中投入两个协调器一起工作，保证系统安全。（2）簇状网络拓扑结构簇状网络拓扑结构又称树状网络拓扑结构，包括一个协调器以及一系列的路由和终端节点。可以层层嵌套，简单快捷，功耗低。（3）网状网络拓扑结构网状网络拓扑结构和树形拓扑相同，具有更加灵活的信息路由规则。路由节点之间进行直接通讯，从而使得信息的通讯更有效率，若一个路由路径阻塞，信息会自主选择沿其他的路线进行传送。最终选定网状网络拓扑结构。以上三种网络拓扑结构图如图1：图1ZigBee网络拓扑结构图Fig.lZigBeeNetworkTopologyDiagram2.1.4网络协议栈由图2可以清楚看出，ZigBee在IEEE802.15.4基础协议上，添加了网络层和应用层。

山东农业大学硕士专业学位论文9图2ZigBee协议结构图Fig.2NetworkTopologyDiagram（1）物理层介绍物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口。物理层包含以下几种功能：ZigBee的激活；数据传输和接收；接受传输数据；选择信道频率；ZigBee信道接入方式。本层有三种频率可供选择，分别为2.4GHz，915MHz以及868MHz。其内部结构图如图3：图3物理层内部结构Fig.3InternalStructureofPhysicallayer（2）媒体访问控制层介绍MAC层提供与SSC（服务固有的转换副层）之间的接口。MAC包含被称为MLME的管理实体。MLME通过层管理功能提供层管理功能。MAC数据服务，通过MCPS-SAP（MACCommonPartSublayerDataSAP）访问。

山东农业大学硕士专业学位论文9图2ZigBee协议结构图Fig.2NetworkTopologyDiagram（1）物理层介绍物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口。物理层包含以下几种功能：ZigBee的激活；数据传输和接收；接受传输数据；选择信道频率；ZigBee信道接入方式。本层有三种频率可供选择，分别为2.4GHz，915MHz以及868MHz。其内部结构图如图3：图3物理层内部结构Fig.3InternalStructureofPhysicallayer（2）媒体访问控制层介绍MAC层提供与SSC（服务固有的转换副层）之间的接口。MAC包含被称为MLME的管理实体。MLME通过层管理功能提供层管理功能。MAC数据服务，通过MCPS-SAP（MACCommonPartSublayerDataSAP）访问。
【参考文献】

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本文编号：2886641