基于ZigBee技术的温室环境检测系统研究

论文摘要

目前,温室种植作为提高农业生产效率的重要手段,应用日益广泛。为了达到检测温室环境参数的目的,我们往往在温室中构建了大量的电子检测装置,由此造成温室投资成本高、安装维护难度大。本文将新兴的短距离无线通信技术ZigBee引入到检测系统中,设计了基于ZigBee技术的温室环境检测系统,包括网关、路由节点和传感器节点的硬件和软件设计。本文通过对温室环境检测因子的深入研究,仔细对比了当前各种温室环境检测处理方案的优劣,结合CC2430单片机和ZigBee无线通信网络分别在控制和通信方面的特殊优势,进行了基于CC2430单片机和ZigBee无线通信网络所组成的温室环境检测系统的研究,成果主要有以下几个方面：1.对当前温室环境检测装置的理论基础进行了分析和研究,掌握了相关传感器的特性以及传感器信号处理的理论。2.CC2430单片机对多路信号进行采集,同时对采集信号进行处理、放大、A/D转换和相关数据处理。3.网络节点、路由节点和网关组成ZigBee网络,实现网络节点随意增减,并且网络内部节点间实现近距离无线通信。4.分析了ZigBee协议栈在组网通信过程中的运用。5.采用虚拟仪器LabVIEW8.6在上位机上设计了若干环境检测量的操作界面,实时显示环境检测量的测量值和对应的时间,便于实验数据的观测与分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.1.1 温室检测系统的重要性
• 1.1.2 影响作物生长环境因素的复杂性
• 1.1.3 无线通信技术的引入
• 1.2 ZigBee技术的特点和应用
• 1.3 课题的提出及主要任务
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 本文的主要任务
• 2 无线传感器网络与温室环境检测结合的理论基础与总体系统方案
• 2.1 温室环境检测系统
• 2.2 IEEE802.15.4标准
• 2.2.1 IEEE802.15.4主要特点
• 2.2.2 物理层（PHY）
• 2.2.3 媒体介质访问层（MAC）
• 2.2.4 分层协议标准的关键术语
• 2.3 ZigBee技术与规范
• 2.3.1 应用层
• 2.3.2 网络层
• 2.3.3 安全服务规范
• 2.4 环境检测相关传感器
• 2.4.1 温室环境对传感器的要求和选取
• 2.4.2 温室用传感器简介
• 2.5 系统总体方案
• 2.5.1 PC机
• 2.5.2 网关
• 2.5.3 路由节点
• 2.5.4 传感器节点
• 2.6 本章小结
• 3 CC2430无线单片机片上系统的构建
• 3.1 单片机的选取
• 3.2 CC2430无线单片机片上系统硬件组成
• 3.2.1 片上8051内核
• 3.2.2 CC2430主要特征外设
• 3.2.3 CC2430无线收发部分
• 3.3 CC2430无线单片机片上系统软件设计
• 3.4 本章小结
• 4 基于ZigBee技术的数据无线通信系统设计和实现
• 4.1 ZigBee网络的构建
• 4.1.1 网络节点的构建和设置
• 4.1.2 网关的设计
• 4.1.3 串口通信模块
• 4.2 硬件电路的抗干扰措施
• 4.2.1 设置去耦电容
• 4.2.2 布线设计
• 4.2.3 印刷版辐射噪声及其抑制
• 4.3 ZigBee网络的拓扑结构
• 4.3.1 星形网
• 4.3.2 树形网
• 4.3.3 网状网
• 4.4 无线通信系统的软件设计
• 4.4.1 无线通信系统软件设计的总体框架
• 4.4.2 软件部分在IAR平台上的实现
• 4.4.3 最小连通支配集的建立
• 4.5 本章小结
• 5 系统实验结果的上位机呈现
• 5.1 虚拟仪器简介
• 5.1.1 虚拟仪器技术
• 5.1.2 LabVIEW软件介绍及应用
• 5.2 上位机用户界面的设计
• 6 结论
• 7 展望
• 8 参考文献
• 9 论文发表情况
• 10 致谢