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无线传感器网络在农田温湿度信息采集中的构建与应用

作　者: 孙艳红
导　师: 马新明；余华
学　校: 河南农业大学
专　业: 农业信息化技术
关键词: 无线传感器网络 温湿度信息采集 Zigbee协议 环境监测
分类号: S161
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 223次
引　用: 1次
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内容摘要


21世纪的农业是信息农业,深化信息技术在农业领域中的应用势在必行。精准农业是当今世界农业发展的新潮流,是未来我国农业可持续发展的必经之路。如何及时获得准确有效地作物生长环境信息,成为了开展精准农业实践的必要条件。发展精准农业需要大量有效和及时准确的农田环境信息和作物生长发育信息。本文通过构建无线传感器网络实现了农田信息采集,对农作物生长环境进行监测,采集它们在生长周期内的温度、湿度等信息,以便农业管理人员及时调整农作物的生长环境,从而在较大程度上保证农作物具备适宜的生长环境,使农作物获得丰收。本文的主要内容如下:1.本文首先分析了无线传感器网络的国内外研究现状,指出了无线传感器应用于农业领域的广阔前景。2.根据农田及环境的特点,制定了无线传感器网络的体系结构由传感器节点、网络协调器、基站及终端组成。并且,提出了适合农田信息采集的传感器节点由传感器单元、无线传输单元、微控制器单元和供电单元四部分组成。3.分析了ZigBee技术及协议的架构,分别从物理层、介质访问控制层、网络层和应用层进行详细的阐述。4.针对农田温湿度信息采集构建了基于ZigBee协议的无线传感器网络。采用JN5139为核心芯片的传感器板搭建网络的硬件平台;根据网络中协调器、路由器、终端节点三种设备任务的不同,利用Code::Blocks软件完成不同功能设备的代码编辑和编译工作,再通过Flashgrammer将完成不同功能的二进制代码下载到对应的设备节点中,使节点按照烧写在其内部的程序自动运行,完成设定的功能;在进行设备功能定义时,需考虑多方面的内容,包括其通信机制、路由方案、休眠机制、时间同步等。经过将网络投放到玉米田和小麦田环境下进行温湿度信息采集。结果表明无线传感器网络运转正常,采集到的数据具有较高的准确性和可靠性,达到了预期的目标,具有较强的应用价值。

全文目录


致谢  4-7
摘要  7-8
1 文献综述  8-13
  1.1 国外无线传感器网络的研究概况  8-10
    1.1.1 国外无线传感器网络的兴起  8
    1.1.2 国外无线传感器网络的发展  8-10
    1.1.3 国外无线传感器网络在农业环境监测中的应用  10
  1.2 国内无线传感器网络的研究概况  10-13
    1.2.1 国内无线传感器网络的兴起与发展  10-11
    1.2.2 国内无线传感器网络在各领域中的应用  11-13
2 引言  13-14
3 农田温湿度信息采集系统的设计  14-21
  3.1 农田温湿度信息采集系统的架构  14-16
    3.1.1 无线传感器网络体系结构概述  14-15
    3.1.2 农田温湿度信息采集系统体系结构  15-16
  3.2 传感器节点构成  16-19
    3.2.1 传感器节点概述  16
    3.2.2 农田温湿度信息采集传感器节点  16-19
  3.3 关键技术  19-21
4 通信协议  21-40
  4.1 IEEE 802.15.4 标准  21-22
    4.1.1 IEEE 802.15.4 网络协议栈  21
    4.1.2 IEEE 802.15.4 特征  21-22
  4.2 ZigBee 技术  22-25
    4.2.1 ZigBee 的特点  23
    4.2.2 ZigBee 技术与其他短距离无线通信技术的比较  23-24
    4.2.3 ZigBee 的体系结构  24-25
  4.3 ZigBee 协议  25-40
    4.3.1 物理层  25-29
    4.3.2 介质访问控制层  29-35
    4.3.3 网络层  35-38
    4.3.4 应用层  38-40
5 开发平台及网络组建  40-48
  5.1 无线传感器网络的硬件平台  40-42
  5.2 无线传感器网络的软件平台  42-45
    5.2.1 软件开发调试环境  42-43
    5.2.2 节点加入网络的过程  43-45
  5.3 无线传感器网络的构建  45-48
    5.3.1 星型网络的组建  46
    5.3.2 Mesh 网络的组建  46-48
6 系统测试与分析  48-53
  6.1 正常环境条件下室内的温湿度采集  48-49
  6.2 正常环境条件下农田的温湿度采集  49-51
    6.2.1 正常环境条件下玉米田的温湿度采集  49-50
    6.2.2 河南小麦田环境的温湿度采集  50-51
  6.3 结论  51-53
7 总结与展望  53-55
  7.1 总结  53
  7.2 存在的问题及展望  53-55
    7.2.1 存在的问题  53-54
    7.2.2 展望  54-55
参考文献  55-59
附录  59-60
Abstract  60-61

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中图分类: > 农业科学 > 农业基础科学 > 农业气象学 > 农业气象要素
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