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基于ZigBee/GPRS的作物生长环境因子远程监测系统研究

作　者: 肖乾虎
导　师: 翁绍捷
学　校: 海南大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 监测系统作物生长环境信息 ZigBee Modbus GPRS 组态王
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

作物生长环境中的土壤温度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度、空气温度和空气湿度等环境信息与作物生长过程中的养分吸收、病虫害防治等有着密切的联系。准确、实时的采集、分析和记录作物生长环境信息对指导农业生产与管理以及作物研究有着重要的意义。针对目前采集作物生长环境信息的方法存在灵活性和扩展性低、系统监测参数和监测点单一等缺点,不能满足现代农业精准化耕作的要求,本文采用ZigBee网络、GPRS和组态软件开发了一套作物生长环境信息远程监测系统。本系统监测土壤温度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度、空气温度和空气湿度六个参数。系统初步设计七个监测点,根据监测的实际需要,系统能快速增加监测参数和监测点数量,具有良好的扩展性。主要研究内容有：1.建立了ZigBee无线网络和监测系统的数据传输路径。采用网状拓扑结构建立ZigBee无线网络。网络中的一个路由节点在初始建立网络时充当协调器,发起ZigBee的建立。建立好整个网络后,起着路由器的作用,而其他的路由节点和汇聚节点在整个网络运行过程中不变。ZigBee网络中,数据以透传方式传输到IP MODEM。数据的远程传输采用GPRS网络。采用端口映射的方式,实现上位机数据的采集。2.开发上位机监测平台。基于组态王平台,采用命令语言、图形语言、C语言开发了系统的上位机,实现了作物生长环境信息的采集、分析、处理和在线访问等功能。3.测试并分析了ZigBee的网络参数以及监测系统的各项性能。理论估算了ZigBee的最大通信距离为1691.99m。在雨天和晴天测试了ZigBee网络的实际通信距离,分别是1680m和1520m,误差分别为7.09%和10.17%,并且分析了理论通信范围内的丢包率。通过分析]RSSI值,确定了室外防护箱在甘蔗地的最佳安装高度为2.8m。系统开发完成后,对监测系统的数据采集、显示、分析等功能进行了测试和分析,达到了设计目的,满足监测系统的要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
1 绪论  8-14
  1.1 研究的背景与意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-11
    1.2.1 国内研究现状  8-10
    1.2.2 国外研究现状  10-11
    1.2.3 发展趋势  11
  1.3 主要研究内容  11-12
  1.4 研究路线  12-13
  1.5 章节安排  13-14
2 监测系统的方案设计与关键技术分析  14-20
  2.1 监测系统的需求分析  14-15
    2.1.1 监测系统的监测对象分析  14
    2.1.2 监测系统的硬件分析  14-15
    2.1.3 监测系统的软件分析  15
  2.2 监测系统的总体方案  15-19
    2.2.1 数据采集层  15-17
    2.2.2 数据传输层  17-18
    2.2.3 上位机的开发  18-19
    2.2.4 系统方案的确定  19
  2.3 系统方案的关键技术  19-20
3 监测系统硬件的设计与实现  20-29
  3.1 数据采集层硬件设计与实现  20-23
    3.1.1 土壤温度、湿度传感器  20-22
    3.1.2 空气温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度传感器  22-23
  3.2 数据传输层的硬件设计与实现  23-27
    3.2.1 ZigBee路由节点  23-25
    3.2.2 ZigBee IP MODEM节点  25-27
  3.3 上位机开发平台的选择  27-29
4 上位机的设计与开发  29-38
  4.1 数据传输路径的构建  29-30
  4.2 上位机数据采集的实现  30-35
    4.2.1 传感器设备地址的分配  30
    4.2.2 路由节点的设置  30-31
    4.2.3 IP MODEM设置  31-32
    4.2.4 监测中心与公网的数据交换  32-33
    4.2.5 上位机的数据接收的实现  33-35
  4.3 上位机监测软件的开发  35-38
    4.3.1 实时数据的显示  36
    4.3.2 监测参数的趋势分析  36-37
    4.3.3 历史数据的查询与导出  37
    4.3.4 系统的发布  37-38
5 Zigbee网络参数与系统功能的实验与分析  38-50
  5.1 Zigbee网络参数的确定  38-42
    5.1.1 无线信号的路径损耗分析  38-39
    5.1.2 节点安装高度的确定  39-41
    5.1.3 路径损耗模型参数的确定  41-42
    5.1.4 ZigBee网络的丢包率测定与分析  42
  5.2 节点最大通讯距离  42-44
    5.2.1 节点最大通讯距离的理论计算  42-44
    5.2.2 节点最大通信距离的测量与分析  44
  5.3 监测系统运行  44-50
    5.3.1 上位机的数据采集  44-45
    5.3.2 监测中心实时数据的显示  45-46
    5.3.3 数据的趋势分析  46-47
    5.3.4 历史数据查询  47
    5.3.5 系统的远程访问  47-48
    5.3.6 监测系统的运行分析  48-50
6 总结与展望  50-51
  6.1 总结  50
  6.2 展望  50-51
参考文献  51-55
主要研究成果  55-56
致谢  56

基于ZigBee/GPRS的作物生长环境因子远程监测系统研究

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