基于无线传感器网络的温室监测系统的设计与研究

论文摘要

无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术,被认为是21世纪的一项挑战性科研课题。论文针对传统温室监测系统采用有线传输方式容易存在成本高、移动性差、扩展不方便等问题,提出了一种采用无线传输的解决方案——用无线传感器网络代替原有的物理传输线路,这对于促进农业监测技术的发展和提高农业劳动生产率具有重要意义。论文选题源于课题组承担的国家科技部“863”研究计划项目,主要对以下内容进行了研究:首先对温室监测进行了需求分析,并以此提出了基于无线传感器网络的温室监测系统的模型,搭建了系统的整体架构。接着针对无线温室监测系统的硬件部分进行了设计,并在此基础上完成了相应的软件开发。通过软硬件的结合,完成了无线温室监测系统中节点的数据采集、收集、存储、分析和统计功能,实现了温室的远程监测,这将有效地提升温室的管理水平。硬件部分:从节点的功能需求出发,分别基于MSP430F149和LPC2214设计了传感节点和和汇聚节点。文章首先分析了两种节点的结构组成,然后对节点上各个组成模块的芯片选型与硬件电路进行了设计。节点的电路设计,为温室监测系统的功能实现奠定了基础。软件部分:开发了无线通信模块的驱动程序,设计了一套适用于温室监测的基于最小跳数的无线通信路由协议,并对通信中涉及的数据包传输类型和格式做了相关规定。在无线网络成功搭建后,又在汇聚节点上对以太网通信协议进行了移植,实现了无线网络与以太网的互连。基于Google Map API在远程终端开发了监测平台,实现了用户对温室的远程监测,方便了系统中节点的集中管理。传感节点的程序开发调试环境为IAR Embedded Workbench Evaluation for MSP430,汇聚节点采用ARM Developer Suite开发。系统远程监测平台的开发是借助于Google Map API和Ajax技术完成的,数据库的构建采用的是Microsoft SQL Server 2000。最后通过在北京小汤山现代农业科技示范园的试验,验证了系统的有效性。系统的成功搭建,对于发展农业自动化、提高农业生产水平具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 应用中的关键问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 系统的模型建立
• 2.1 系统设计需求分析
• 2.2 系统模型的建立
• 第三章 节点硬件设计
• 3.1 传感节点的设计
• 3.1.1 处理模块
• 3.1.2 存储模块
• 3.1.3 无线收发模块
• 3.1.4 传感模块
• 3.2 汇聚节点的设计
• 3.2.1 处理模块
• 3.2.2 存储模块
• 3.2.3 以太网控制模块
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 无线通信模块的驱动程序开发
• 4.2 无线通信协议设计
• 4.2.1 考虑因素
• 4.2.2 基于最小跳数的路由协议
• 4.2.3 数据传输
• 4.3 ZLG/IP 协议移植
• 4.3.1 ZLG/IP 介绍
• 4.3.2 ZLG/IP 的移植
• 4.4 远程监测平台设计
• 4.4.1 相关技术
• 4.4.2 功能需求
• 4.4.3 结构分析
• 4.4.4 监测平台的实现
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 前景与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2：传感节点电路连接图
• 附录3：LAN91C111 与LPC2214 的连接电路图