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基于ZigBee的中国林蛙养殖大棚监测系统的研究与开发

作　者: 韩朋朋
导　师: 杨向萍
学　校: 东华大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 中国林蛙养殖大棚 ZigBee技术模块化设计多控制模式
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 28次
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内容摘要

中国林蛙是具有食用、药用价值的珍贵蛙种,随着北方中国林蛙自然资源的日趋枯竭,近些年,南方利用养殖大棚技术养殖中国林蛙成为必然。南方中国林蛙养殖对环境要求比较高,大棚内的光照、温度、湿度与二氧化碳含量等参数,将直接关系到林蛙的成活率,而人工又很难对上述参数进行监测,因此就有了中国林蛙环境监测系统的出现。在环境监测系统中,无线通信技术应用于监测系统已成为一种趋势,本文考虑到ZigBee技术是一种新型的短距离、低功耗、低成本、易于实现的双向无线通信技术,将其应用于中国林蛙养殖大棚监测系统,具有无需现场布线、采集节点位置灵活、覆盖面积广及维护方便等优点。本文首先介绍了ZigBee技术的相关特点及监测系统实现方案,在硬件系统设计中,采用了模块化设计思想,完成了无线通信模块、数据采集模块、电源管理模块、串行通信模块及液晶显示模块的硬件设计,并为将来特定的传感器预留了I/O引脚；在软件系统设计中设计了多控制命令模式对传感器节点进行控制,控制命令模式包括多控制方式(单播、广播和组播方式)和数据多返回方式(单次和周期返回),同时设计并实现了数据的采集处理、数据的上传部分和PC机界面显示部分,最后对监测系统关键问题进行了研究。本文最终利用ZigBee技术依靠PC机和无线数据采集节点,搭建了一个无线传感器网络监测系统,用户可以通过PC机上的控制命令,实现对监测环境中的某一节点、某一区域节点或全部节点进行控制,并将节点采集的水下温度、水上温湿度和光照度等参数在PC机显示。经测试,该系统控制灵活、监测更加准确,为今后智能化的无线大棚监测系统实现提供了一种新的解决方案。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-15
  1.1 选题背景  12
  1.2 中国林蛙养殖现状及发展趋势  12-13
  1.3 课题的意义及主要工作  13-15
第2章 ZigBee技术  15-19
  2.1 ZigBee技术特点  15
  2.2 ZigBee协议架构  15-16
  2.3 ZigBee设备类型与拓扑结构  16-18
  2.4 小结  18-19
第3章中国林蛙养殖大棚架构及监测系统方案设计  19-24
  3.1 中国林蛙养殖大棚架构  19-21
  3.2 监测系统方案设计  21-23
    3.2.1 方案设计  21-22
    3.2.2 功能要求  22-23
  3.3 小结  23-24
第4章监测系统硬件设计  24-35
  4.1 设计原则  24-25
  4.2 无线通信模块电路  25-28
    4.2.1 电路设计注意事项  27-28
  4.3 协调器节点模块电路  28-31
    4.3.1 电源电路  28-29
    4.3.2 串口电路  29-30
    4.3.3 USB转串口电路  30-31
    4.3.4 液晶显示电路  31
  4.4 传感器节点模块电路  31-33
    4.4.1 温度传感器DS18B20  32-33
    4.4.2 温湿度传感器SHT11  33
    4.4.3 光照传感器TSL2550  33
  4.5 低功耗硬件实现  33-34
  4.6 小结  34-35
第5章监测系统软件设计  35-65
  5.1 系统总体软件框图  35-36
  5.2 开发平台  36-37
  5.3 Z-Stack协议栈软件流程  37-39
  5.4 OSAL多任务操作系统  39-43
    5.4.1 任务添加及初始化  41-42
    5.4.2 事件触发  42-43
  5.5 协调器节点软件设计  43-48
    5.5.1 网络建立及组网实现  44-45
    5.5.2 协调器与上位机通信  45-46
    5.5.3 多控制方式的实现  46-48
  5.6 传感器节点软件设计  48-58
    5.6.1 网络加入  48
    5.6.2 多返回方式的实现  48-50
    5.6.3 温度传感器DS18B20  50-52
    5.6.4 温湿度传感器SHT11  52-54
    5.6.5 光照度传感器TSL2550  54-58
  5.7 软件滤波处理  58-59
  5.8 低功耗软件实现  59-61
  5.9 设备类型的区分  61-62
  5.10 人机界面设计  62-64
  5.11 小结  64-65
第6章 ZigBee无线传感器网络实现与测试  65-71
  6.1 实验平台  65
  6.2 组网测试  65-68
    6.2.1 协调器建立网络测试  65-67
    6.2.2 传感器节点加入网络测试  67
    6.2.3 网状拓扑结构测试  67-68
  6.3 通信距离测试  68-69
  6.4 人机界面显示测试  69
  6.5 小结  69-71
第7章监测系统关键问题研究  71-77
  7.1 覆盖问题研究  71-73
  7.2 传感器网络故障诊断研究  73-75
  7.3 可靠性问题研究  75-76
  7.4 小结  76-77
第8章总结与展望  77-79
  8.1 工作总结  77
  8.2 工作展望  77-79
参考文献  79-82
在校期间发表论文情况  82-83
致谢  83-84
附录  84-85

基于ZigBee的中国林蛙养殖大棚监测系统的研究与开发

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