设施农业传感器网络系统设计与实现

论文摘要

无线传感器网络做为一种新型的信息获取平台,在卫生医疗、环境监控、工业生产监控等领域得到越来越广泛的应用,它具有感知、运算、存储和无线通信的能力,它能够通过自组织方式形成网络,并对监测区域内的监控对象完成实时信息采集、处理和传输等。它的特点使其能很好的应用到设施农业当中,完成对设施农业内部生长环境信息的实时监控、感知和采集。从而更好为设施农业内部环境进行有效的调整提供依据。在省科技支撑计划低成本设施农业智能化网络测控系统关键技术研究(项目编号：BE2008397)支持下,针对设施农业环境设计并实现了一个无线传感器网络系统。实现了对设施农业内部环境的实时自动监控,并初步建立了农作物生长模型,以期为作物生长环境的调节提供科学的决策技术。本文分析了设施农业的具体需求,结合无线传感器网络自身特点,设计了一个基于设施农业的传感器网络系统的整体结构。接着本文对网络的基本元素传感器节点进行了硬件的设计与实现,硬件设计以Freescale公司的MC13213为核心展开。硬件实现后对网络支撑技术进行了设计与实现,对无线通信协议栈的物理层、MAC层、网络层、应用层从工程角度完成了开发实现。然后开发了终端节点的用户监控平台,以方便用户对监测区域的实时远程监控。设计系统实现正常工作后,我们又进行了结合农作物生长模型的决策技术的设计和实现,该部分介绍了使用的作物生长模型,并对模型进行了测试验证,而后对开发系统过程中进行的一些模块测试做了描述,模块测试为了确保设计的各部分能正常工作,达到设计的预期效果。最后对本文的工作做了总结,并对该系统的改进以及升级等方面进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 设施农业定义及现状简述
• 1.1.2 无线传感器网络技术及应用
• 1.2 传感器网络应用于设施农业的国内外研究现状
• 1.3 课题意义
• 1.4 传感器网络一些相关支撑技术研究
• 1.4.1 传感器节点的硬件平台
• 1.4.2 传感器网络软件技术的研究
• 1.5 本文主要内容
• 2 设施农业传感器网络系统的整体设计
• 2.1 传感器网络的体系结构
• 2.1.1 传感器节点的结构
• 2.1.2 传感器网络协议结构
• 2.2 具体设施农业环境的需求分析
• 2.3 设施农业传感器网络系统整体结构
• 2.4 系统工作流程
• 2.5 小结
• 3 设施农业传感器网络终端节点的集成设计
• 3.1 MC13213芯片的性能
• 3.2 MC13213芯片的引脚功能描述
• 3.3 时钟电路设计说明
• 3.4 天线设计与实现
• 3.5 传感器模块设计与实现
• 3.6 终端设计电路及最终实现节点性能
• 3.6.1 终端设计电路
• 3.6.2 实现的传感器网络节点
• 3.7 小结
• 4 设施农业传感器网络支撑技术
• 4.1 物理层设计与实现
• 4.2 介质访问控制（MAC）协议设计与实现
• 4.2.1 MAC协议及基本机制概述
• 4.2.2 本文实现的MAC协议
• 4.3 网络层设计与实现
• 4.3.1 几种典型路由协议概述
• 4.3.2 星型网络的设计与实现
• 4.4 应用层设计与实现
• 4.5 小结
• 5 设施农业传感器网络系统用户平台设计
• 5.1 用户平台软件整体结构
• 5.2 软件平台主界面设计
• 5.3 传感器网络管理与配置
• 5.4 网络动态拓扑显示设计
• 5.5 数据采集与显示
• 5.6 小结
• 6 设施农业传感器网络信息决策技术
• 6.1 试验标准数据库设计
• 6.2 相关模型建立
• 6.2.1 设施番茄发育期模型
• 6.2.2 叶龄模型
• 6.3 模型验证
• 6.4 小结
• 7 设施农业传感器网络系统测试与验证
• 7.1 通信模块的测试
• 7.2 信息传输测试
• 7.3 设施农业传感器网络组网测试
• 7.4 设施农业传感器网络系统应用测试
• 7.5 小结
• 8 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献