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温室智能测控系统研究与实现

作　者: 俞飞
导　师: 孟浩
学　校: 安徽农业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 温室测控 ZigBee无线网络环境因子模糊评价
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前，国内温室管理多数缺乏有效的信息化手段，使得温室作物生长环境的监控主要依靠人的经验，精准度和可靠性有待提高，同时成功的种植经验也较难被总结和利用。提高温室环境状况的自动检测和控制以及智能化管理水平有助于获得优质的农作物并实现高产，从而获得可观的经济和社会效益。因此，研究相关技术、开发温室智能环境测控系统具有一定的现实意义。在研究温室智能环境测控系统的相关技术和综合分析已有方案的基础上，本文构建了一套基于ZigBee无线通信技术的温室环境智能测控系统，并利用模糊评价的方法来为作物生长环境的调控提供有效参考。论文通过对国内外研究现状进行分析确定了课题研究内容，然后对ZigBee无线传感技术及模糊数学理论做了简要介绍，之后提出了温室智能测控系统的总体设计方案及硬件选型。该系统硬件部分主要包括终端采集节点、路由器节点、协调器节点和上位机控制中心及GSM短信模块，软件部分包括终端采集节点和路由器节点构成数据采集器负责对现场温湿度、光照度环境参数进行采集，同时路由器节点之间以及与协调器节点之间通过ZigBee无线网络进行数据的交换；最后由协调器节点负责将处理后的数据上传至上位机或经GSM短信模块发送至用户手机。另外，上位机软件实现了实时数据显示、历史数据查询、环境参数超出预设值报警、控制相关电器设备等。重点介绍了基于ZigBee系统的无线传感网软硬件设计与实现，详细阐述了硬件设备的选型、各部分电路的工作原理与软件设计流程。通过自行设计的无线数据通信协议，保证了数据传输的可靠性和实时性，实现了上位机对所有温室环境信息状况的实时监控。监控中心计算机装有友好人机交互界面的监控软件，便于管理人员可以查询实时数据、数据库系统以及设定各种参数或下达相关控制命令，实现温室环境的自动调节与控制。并且以温室种植黄瓜为例，对温室内的温度是否适宜黄瓜各生长周期进行了模糊评价研究，为调控温室的温度提供了有效的参考。另外，还可以通过手机对温室内的环境状况进行实时监控和管理。最后，经过对系统进行测试，验证了本系统具有工作稳定，可靠性高且实时性好的优点。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-11
1 绪论  11-15
  1.1 课题研究背景及意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 国外温室测控技术的研究现状  11-12
    1.2.2 国内温室测控技术的研究现状  12-13
  1.3 本文研究内容及组织结构  13-14
  1.4 本章小结  14-15
2 无线传感网及短距离无线通信技术简介  15-22
  2.1 无线传感器网  15-18
    2.1.1 无线传感器网络简介  15
    2.1.2 无线传感器网络基本特点  15-16
    2.1.3 几种短距离无线通信技术的比较  16-18
  2.2 ZigBee 技术  18-21
    2.2.1 ZigBee 概述  18-19
    2.2.2 ZigBee 协议栈研究  19-20
    2.2.3 ZigBee 网络拓扑结构  20-21
    2.2.4 ZigBee 无线传感网在温室中的应用  21
  2.3 本章小结  21-22
3 温室温度模糊评价研究  22-32
  3.1 模糊评价数学基础  22-25
    3.1.1 模糊数学概述  22
    3.1.2 模糊集合及其隶属度函数  22-25
  3.2 模糊评价方法及应用  25-31
    3.2.1 模糊评价基本方法和步骤  25-27
    3.2.2 温室蔬菜温度生长环境的模糊评价  27-31
  3.3 本章小结  31-32
4 应用系统总体设计  32-41
  4.1 系统需求分析及组成  32-34
    4.1.1 系统功能需求  32
    4.1.2 系统基本结构  32-34
    4.1.3 系统主要优点  34
  4.2 ZigBee 设备选择  34-36
    4.2.1 ZigBee 器件选型  34-35
    4.2.2 主控芯片 CC2530  35-36
  4.3 传感器的选择  36-38
    4.3.1 温湿度传感器选型  36-38
    4.3.2 光照度传感器选型  38
  4.4 串行通信接口选择  38-39
  4.5 GSM 短信模块选型  39-40
  4.6 本章小结  40-41
5 系统电路设计  41-52
  5.1 各节点硬件结构框图  41-42
    5.1.1 协调器节点结构  41-42
    5.1.2 路由器及终端节点结构  42
  5.2 ZigBee 核心模块  42-43
  5.3 传感器接口电路  43-44
    5.3.1 温湿度传感器接口电路  43-44
    5.3.2 光照度传感器接口电路  44
  5.4 串行通信接口电路  44-45
  5.5 GSM 硬件电路  45
  5.6 电源电路  45-47
    5.6.1 协调器节点电源电路  45-46
    5.6.2 路由器节点电源电路  46
    5.6.3 终端节点电源电路  46-47
  5.7 实时时钟电路  47-48
  5.8 人机交互接口电路  48-50
    5.8.1 键盘输入  48-49
    5.8.2 LED 指示灯  49
    5.8.3 蜂鸣器  49
    5.8.4 LCD 显示器  49-50
  5.9 输出控制电路  50-52
6 系统软件设计  52-79
  6.1 系统通信协议的制定  52-58
    6.1.1 ZigBee 各节点间通信协议  52-54
    6.1.2 协调器节点与上位机通信协议  54-55
    6.1.3 系统与用户短信通信协议  55-58
  6.2 ZigBee 各节点软件设计  58-62
    6.2.1 ZigBee 各节点软件开发环境  58
    6.2.2 Z-STACK 协议栈  58-60
    6.2.3 各节点软件流程  60-62
  6.3 环境参数检测软件设计  62-66
    6.3.1 温湿度检测  62-65
    6.3.2 光照度检测  65-66
  6.4 LCD 显示软件设计  66-69
  6.5 GSM 短信模块软件设计  69-71
  6.6 上位机软件设计  71-75
    6.6.1 用户管理界面  71-74
    6.6.2 数据库设计  74-75
  6.7 系统测试  75-79
7 总结与展望  79-80
  7.1 总结  79
  7.2 展望  79-80
参考文献  80-82
致谢  82-83
个人简介  83-84
在学期间发表的学术论文及研究成果  84-85

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