冬季蔬菜生长环境测控系统的设计

论文摘要

近年来,随着蔬菜产业的迅速发展,温室蔬菜种植产业得到了越来越多的关注。目前,温室环境测控系统已被广泛应用于蔬菜种植产业中。在深入了解国内外温室测控系统研究现状的基础上,为了推动北方地区冬季蔬菜产业的发展,本文研究开发了一种价格适中、扩展性强,适合在我国一般农户中推广普及的低成本、低功耗的冬季蔬菜生产环境测控系统。冬季蔬菜生产环境测控系统主要由数据采集传感器节点、设备开关节点、路由节点、总控制节点4种节点组成。数据采集传感器节点通过温湿度传感器、光照传感器采集温室环境信息,然后将采集到的信息无线传输到路由节点。路由节点负责将数据采集传感器节点采集的信息转发给其它路由节点,最终将信息传输到总控制节点。总控制节点对数据进行分析、统计、存储和管理,将接收到的温室环境信息通过PC显示给管理人员,同时通过模糊控制算法决策相应的控制命令,并反馈信息给路由节点,由路由节点转发控制命令到设备开关节点。设备开关节点负责控制环境调节设备的工作情况,从而创造蔬菜生产的适宜环境,达到优质、高产蔬菜生产的目的。首先,本文提出了基于无线Mesh网络的温室测控系统的无线传感网络的构架,并详细介绍了射频无线通信技术和组网的关键网络协议的设计。其次,主要介绍了组成系统的4种节点的软硬件设计方案,详细设计了各种节点的硬件电路原理图和程序的软件流程图。再次,系统为了实现对温室内温湿度环境信息的有效控制,采用目前广泛应用的二维模糊控制算法实现了对温湿度的智能控制。最后,通过多次的对系统进行测试和调试,基本实现了对温室环境数据的采集与控制,达到了预期的目的。本文设计的冬季蔬菜生产环境测控系统是一种以节约能源、提高蔬菜产量和品质为目的的高效农业技术,它能利用当代各种先进技术来改变蔬菜生长的环境因子、调节生长周期、获得蔬菜生长的适宜环境和提高经济效益。系统具有安装方便、运行成本低、功耗低、组网灵活、监控范围大、通信可靠等优点,有效解决了传统温室管理落后、人力物力大量浪费、布线复杂等问题,实现了蔬菜的优质、高效、低耗生产,增加了农民的经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 系统研究背景及意义
• 1.2 国内外温室蔬菜生产环境测控系统的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 系统的组成和功能
• 1.4 系统设计方案介绍
• 1.4.1 总体结构框图
• 1.4.2 数据采集传感器节点的设计方案
• 1.4.3 设备开关节点的设计方案
• 1.4.4 路由节点设计方案
• 1.4.5 总控制节点设计方案
• 1.4.6 通讯网络的设计方案
• 1.5 本文的创新点
• 本章小结
• 第二章 系统无线网络的架构
• 2.1 应用无线通信技术介绍
• 2.2 无线Mesh网络概述
• 2.2.1 无线传感网络介绍
• 2.2.2 无线Mesh网络介绍
• 2.3 基于无线Mesh网络的温室控制系统的架构
• 2.3.1 无线Mesh网络的架构
• 2.3.2 网络协议的设计
• 本章小结
• 第三章 系统的硬件设计
• 3.1 数据采集传感器节点的硬件设计
• 3.1.1 节点组成框图
• 3.1.2 微处理器的选取
• 3.1.3 时钟芯片的选取
• 3.1.4 无线收发芯片的选取
• 3.1.5 温湿度传感器的选取
• 3.1.6 光照传感器的选取
• 3.1.7 数据采集传感器节点的PCB设计
• 3.2 设备开关节点的硬件设计
• 3.2.1 节点组成框图
• 3.2.2 设备开关节点的硬件电路图
• 3.3 路由节点的硬件设计
• 3.3.1 节点组成框图
• 3.3.2 路由节点硬件电路图
• 3.4 总控制节点的硬件设计
• 3.4.1 节点组成框图
• 3.4.2 总控制节点硬件电路图
• 本章小结
• 第四章 系统的软件设计
• 4.1 系统的软件结构
• 4.2 数据发送接收子程序设计
• 4.3 数据采集传感器节点软件设计
• 4.3.1 节点总设计程序流程
• 4.3.2 节点数据采集程序流程
• 4.4 设备开关节点软件设计
• 4.5 路由节点软件设计
• 4.5.1 路由节点通信流程
• 4.5.2 目的排序距离矢量（DSDV）协议
• 4.6 总控制节点软件设计
• 4.6.1 总控制节点设计流程
• 4.6.2 控制算法
• 本章小结
• 第五章 温湿度的模糊控制
• 5.1 温湿度模糊控制器的结构
• 5.2 输入输出变量的模糊化
• 5.2.1 输入变量的模糊化
• 5.2.2 输出变量的模糊化
• 5.3 模糊控制规则
• 5.4 模糊控制系统的建立与仿真
• 5.4.1 模糊数据的判决
• 5.4.2 模糊控制系统的MATLAB仿真
• 本章小结
• 第六章 系统性能测试与分析
• 6.1 数据采集传感器节点的测试
• 6.1.1 NRF403无线通信性能的测试
• 6.1.2 温湿度和光照信息采集的测试
• 6.1.3 传感器采集节点功耗的分析与测试
• 6.2 设备开关节点的测试
• 6.3 路由节点的测试
• 6.4 总控制节点的测试
• 本章小结
• 第七章 总结及展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 需要进一步研究的工作
• 参考文献
• 在校期间发表的学术论文
• 致谢