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【6h】

基于无线传感网络的温室作物监测系统的研究

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摘要

1 前言

1.1 选题的背景和意义

1.2 温室大棚监控系统国内外发展概况

1.2.1 国外发展概况

1.2.2 国内发展概况

1.2.3 无线传感器网络技术在温室中的应用概况

1.3 论文的主要研究内容和结构安排

1.3.1 本文的研究目标和内容

1.3.2 论文的结构安排

2 无线传感网络

2.1 无线传感器网络概述

2.2 IEEE802.15.4标准

2.3 ZigBee组网通信技术

2.3.1 ZigBee简介

2.3.2 技术特点

2.3.3 应用领域

2.4 ZigBee网络中的设备类型及网络拓扑结构

2.4.1 ZigBee网络中的设备类型

2.4.2 ZigBee网络拓扑结构

2.4.3 网络组建及节点入网

2.4.4 地址分配模式

2.5 ZigBee技术在温室中的应用

3 无线环境监测网络总体设计

3.1 系统的总体结构与功能设计

3.2 基于ZigBee的温室监测系统的设计

3.2.1 基于ZigBee的大型温室监测系统模型

3.2.2 基于ZigBee的温室监测系统工作原理

3.3 节点的硬件设计

3.3.1 各类节点的总体结构

3.3.2 传感器选型

3.3.3 处理器模块设计

3.3.4 无线通信模块设计

3.3.5 电源模块

3.4 温室环境参数无线传感网络硬件系统

4 植物声发射信号在温室环境监测系统中的应用

4.1 植物声发射信息检测原理及现状

4.2 声发射技术及应用

4.2.1 声发射技术概念

4.2.2 声发射信号基本特征

4.3 声发射检测系统设计

4.3.1 声发射信号采集处理系统的设计

4.3.2 基于DSP的声发射信号采集系统的设计

4.4 系统的整体硬件图

5 无线传感网络软件设计

5.1 网络协调器节点软件设计

5.2 传感器节点软件设计

5.2.1 主程序设计

5.2.2 定时器中断程序设计

5.3 开发方法及开发工具

5.3.1 单片机的开发方法及开发工具

5.3.2 DSP的开发方法及开发工具

6 系统测试及现场实验

6.1 上位机软件

6.2 系统测试

6.3 现场实验

7 结论

8 展望

参考文献

10 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢

附录 单片机程序代码

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摘要

农业作为一个古老的行业在中国不可或缺,随着时代的发展,农业生产的高效和可持续发展对科学技术、信息技术、农产品质量及农业生产者素质的要求也愈来愈高。众所周知,农作物的产量和质量与其在生长期间的环境密切相关,由于不同的地理位置和气候条件等诸多因素,造成了各种不良环境,这些不良的环境会直接影响农作物的生长发育。温室由于其能为农作物提供良好的生长环境的优势被广泛应用于现代农业,但是当今大多数对温室环境的监测与控制都采用人工管理,这样不可避免的会由于测控精度低、劳动强度大及测控不及时等弊端,结果不但大大增加了成本,浪费了人力资源,而且还很难达到预期的效果。
  鉴于这种情况,本文选择在温室中构建一个无线传感网络,将温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等传统意义上的环境因子进行分布式的检测和实时的数据采集,与此同时,还引入了一种从作物本身出发,整合了土壤——植物——大气连续体(简称SPAC)中三方面的因子效应的新的检测指标,即作物的声发射。首先,对于传统的环境因子,本文通过传感器对数据进行采集,通过单片机自带的模数转换通道对数据进行处理,再通过遵循ZIGBEE协议的无线芯片进行实时数据的无线传输,交由上位机的监测软件进行实时监测。其次,针对植物的声发射,本文采用更为高速的专用的模数转换芯片AD7671和更为高速的由TI公司出品的TMS320VC5509数字信号处理器芯片对声发射信号进行采集和数据处理,同样经由无线模块进行数据的无线传输,并且通过基于C语言的程序来实现单片机和数字信号处理器对于数据的采集和处理以及其外围芯片的控制。最后将采集到的各项环境数据经过无线模块的发射和接收,交由基于LabVIEW设计的上位机软件系统进行显示,并通过上位机软件对环境参数和声发射信号进行实时的监测和处理,输出施药、灌溉阀门开启时间,并且调用作物诊断模型对作物的生长发育做出正确的诊断,给出相应的防治措施,从而构建一个完整的温室作物监测和防治系统。

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