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基于ZigBee网络的农田信息采集系统的设计
作 者: 郭家
导 师: 马新明
学 校: 河南农业大学
专 业: 农业信息化技术
关键词: 嵌入式 农田环境 ZigBee 传感器网络
分类号: TN92
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
针对传统农田监测系统出现的布线繁琐、设备成本较高、通讯范围受限等缺点和困难,本文设计了一套基于ZigBee技术的农田环境信息采集系统。系统将ZigBee技术与嵌入式技术相结合,通过3G网络作为远程传输平台,实现了农田信息的实时采集、发送、监测等功能,有效的解决了在无人值守的情况下,用户依然可以获知农田作物的基本信息,减少农田灾情的发生。系统由下位机的ARM+LINUX模块、ZigBee无线传感器网络、上位机信息管理系统三大模块构成。系统由一个主节点和多个从节点构成,各个从节点根据需要连接不同类型的传感器,将采集到的农田信息通过ZigBee无线通讯模块发送至主节点。主节点的ARM+LINUX系统将采集到的数据进行汇总打包,通过3G无线路由器发送至服务器。为了验证系统数据的准确性,在安徽宿州市灵璧县的小麦实验田内选取了4个主节点、24个从节点样点进行数据验证,通过样点与实际现场测定值验证得知,大气温度精度为87.83%、大气湿度精度为85.22%、土壤温度精度为87.17%、土壤湿度精度为87.38%、太阳总辐射精度为88.23%、日降雨量精度为90.17%,总体精度为87.66%,总体误差为12.33%。结果表明该系统数据传输正确、可靠。通过对不同传输距离对ZigBee网络下数据传输的完整性实验得出:20M的距离下数据丢失数量为2,40M的距离下数据丢失量为1,60M的距离下数据丢失量为0,80M的距离下数据丢失量为0,100M的距离下数据丢失量为0,150M的距离下数据丢失量为1,200M的距离下数据丢失量为2,250M的距离下数据丢失量为3,300M的距离下数据丢失量为5,350M的距离下数据丢失量为9,400M的距离下数据丢失量为12,500M的距离下数据丢失量为13,600M的距离下数据丢失量为15,700M的距离下数据丢失量为16,800M的距离下数据丢失量为16。获得如下结论:节点间在60M以下和150M-250M之间的传输距离下,ZigBee网络的数据略有丢失、节点间在60M-150M之间的传输距离下,ZigBee网络的数据完整没有丢失、节点间在250M-600M之间的传输距离下ZigBee网络的数据丢失严重、600M以上的传输距离下,ZigBee网络的数据完全丢失。由此可见,ZigBee网络的传输距离以60M-150M为最佳,在实际的系统安装中应该根据实际情况尽量选择安装最佳的从节点传输距离下,以达到最佳的数据传输效果。系统设计完成之后,结合课题需要,将系统扩展应用于多个农业领域中,如农情监测、气象灾害监测预警等,并进行了大量的实践应用。目前在北京、天津、山东、河南、山西、江苏、湖北等20多个省市进行了安装测试应用,结果表明:该系统设计方案合理、可靠,能满足各种环境因子的数据采集及多种辅助设备的远程控制,应用前景广阔。
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全文目录
致谢 6-7 摘要 7-8 1.文献综述 8-16 1.1 选题背景及研究意义 8-9 1.2 基于传感器网络的农田信息采集系统发展现状与趋势 9-14 1.2.1 农田信息采集技术的概述 9-10 1.2.2 传感器网络的发展 10-11 1.2.3 国内外研究现状 11-14 1.3 农田信息采集技术的发展趋势 14-15 1.3.1 多网络构成的农业远程监控系统 14 1.3.2 作物模型与温室控制技术的结合 14 1.3.3 嵌入式技术与无线传感器技术结合的农田信息采集系统 14-15 1.4 论文结构安排 15-16 2.系统的总体设计 16-38 2.1 系统总体结构 16-17 2.2 系统功能模块划分 17-38 2.2.1 基于 ARM+LINUX 的嵌入式子系统 17-25 2.2.1.1 ARM 数据采集板 17-19 2.2.1.2 Linux 系统 19-20 2.2.1.3 Uboot 移植与内核文件的烧写 20-25 2.2.2 基于星形拓扑结构的 ZigBee 无线传感器网络 25-31 2.2.2.1 ZigBee 技术的概述 25 2.2.2.2 ZigBee 网络结构的分类 25-26 2.2.2.3 本系统 ZigBee 传输模块的设计 26-31 2.2.3 上位机农业信息管理系统 31-38 2.2.3.1 Web 程序设计 31-32 2.2.3.2 系统功能模块介绍 32-38 3.系统关键技术与实现 38-53 3.1 ZigBee 网络管理软件设计 38-39 3.2 断点续传模块设计 39-41 3.2.1 断点续传技术的概述 39-41 3.3 VPN 技术 41-50 3.3.1 VPN 的概念 41 3.3.2 VPN 技术的分类 41-42 3.3.3 VPN 服务的设置 42-50 3.4 其他相关技术 50-53 3.4.1 太阳能板在传感器节点中的应用 50-51 3.4.2 时间继电器在系统中的应用 51-53 4.系统的验证 53-56 4.1 数据精度验证 53-54 4.2 ZigBee 传输距离对数据的影响 54-56 5.总结与展望 56-58 5.1 总结 56 5.2 展望 56-58 参考文献 58-63 Abstract 63-65
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信
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