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温室灌溉控制与管理关键技术研究

作　者: 蔚继承
导　师: 李书琴
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: ZigBee 远程控制数据推送温室灌溉
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

温室为作物的生长提供了一个人造的、可精确控制的环境，在我国农业生产上发挥着重要的作用。灌溉作为作物生长所需水分的重要来源，如何提高灌溉质量及灌溉过程管理的科学化水平一直是领域界研究的重要问题。目前国内对温室灌溉控制与管理系统研发逐渐增多，但真正推广应用到生产实际中的却较少，其主要原因是使用不方便，工作不稳定，或成本较高，难以实现大面积推广。对此，本文以研制低成本、高性能和通用性强产品为目标，以提供人性化、便捷化服务为宗旨，研究分析基于ZigBee的温室灌溉控制与管理关键技术。具体研究内容如下：（1）研究温室灌溉控制与管理系统的总体设计方案与架构模型。结合当前温室灌溉控制的需求以及技术使用情况，提出以温室现场采集为基础、温室现场控制中心为纽带，以远程控制中心为服务终端三级结构模式；提出自动控制与手动控制相结合的灌溉控制策略，以及灌溉模型便捷化管理方法。（2）研究温室现场数据采集与传输的基本架构和关键技术。分析温室灌溉控制与管理系统的串口数据特点，提出串口数据与以太网数据转换的解决方案，以嵌入式ARM9为控制器，实现温室现场数据与远程数据中心的数据传输、远程控制指令接收功能，满足温室现场与远程数据中心的数据双向通信的需要。（3）研究多种设备、多种通信协议协同工作和可靠传输关键技术。针对基于ZigBee温室现场参数采集和灌溉阀门控制，基于TCP协议的群控制器与远程控制中心的两种协议多种设备共存问题，研究分析并提出多种设备和多种通信协议间协同工作的体系结构以及数据传输结构，确保温室灌溉远程控制系统的稳定性和可扩充性。（4）研究构建温室灌溉远程控制平台的技术与方法。分析HTML5中的Web Socket技术和Android移动设备开发技术特点，构建基于Web技术的温室灌溉远程控制平台和Android移动监控平台，以现实温室灌溉控制远程实时数据的自动更新与显示和服务推送，满足用户在任何可联网地方实施远程管理与灌溉控制。应用论文提出关键技术和方法构建了温室灌溉管理系统原型，经实验室模拟测试与在河南新乡中国农科院农田灌溉研究所的温室实地测试，结果表明：构建的温室灌溉控制与管理系统的无线传感器网络通信稳定、数据传输稳定准确、传输距离符合需求，现场采集节点的温湿度等传感器工作正常，灌溉阀门反应灵敏。远程服务器访问方便快捷、数据能有效的利用。总体效果达到设计需求，可满足实用的要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 国内研究现状  10-11
    1.2.2 国外研究现状  11-12
  1.3 课题来源与主要研究内容  12-13
    1.3.1 课题来源  12
    1.3.2 主要研究内容  12-13
  1.4 论文内容组织结构  13
  1.5 本章小结  13-14
第二章温室灌溉控制与管理系统架构模型  14-18
  2.1 环境数据采集  14
  2.2 灌溉控制模式  14-15
    2.2.1 手动控制  15
    2.2.2 定时控制  15
    2.2.3 参数控制  15
  2.3 数据通信  15-16
  2.4 系统架构总体模型  16-17
  2.5 本章小结  17-18
第三章温室数据采集与现场灌溉控制关键技术  18-24
  3.1 ZigBee 技术  18-19
    3.1.1 ZigBee 技术简介  18
    3.1.2 网络拓扑结构  18-19
  3.2 参数采集节点  19-20
  3.3 路由节点  20
  3.4 电磁阀节点  20
  3.5 群控制器  20-23
    3.5.1 群控制器总体设计  20-21
    3.5.2 系统的硬件选型  21-22
    3.5.3 群控制器软件系统设计  22-23
  3.6 本章小结  23-24
第四章远程控制中心关键技术  24-37
  4.1 远程控制中心系统组成  24-26
    4.1.1 远程服务器结构组成  24-25
    4.1.2 远程数据与控制中心的分层设计  25-26
  4.2 数据组织与灌溉量计算模型  26-32
    4.2.1 数据组织  26-29
    4.2.2 缺水诊断模型  29-31
    4.2.3 灌水量与灌溉时间计算  31-32
  4.3 实时数据更新技术  32-34
    4.3.1 传统实时数据更新方式  32-33
    4.3.2 基于 WebSocket 的实时数据更新  33-34
  4.4 移动终端远程控制技术  34-36
    4.4.1 通信协议  34
    4.4.2 灌溉及异常推送功能  34-36
  4.5 本章小结  36-37
第五章温室灌溉与控制系统部件间通信关键技术  37-41
  5.1 设备编码  37
  5.2 数据通信格式  37-39
  5.3 系统常量定义  39-40
  5.4 本章小结  40-41
第六章原型系统验证与测试  41-46
  6.1 系统测试  41-45
    6.1.1 现场控制器系统测试  41-43
    6.1.2 远程服务中心上位机测试  43-45
  6.2 系统评价  45
  6.3 本章小结  45-46
第七章总结与展望  46-47
  7.1 工作总结  46
  7.2 未来工作展望  46-47
参考文献  47-50
致谢  50-51
作者简介  51

温室灌溉控制与管理关键技术研究

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