基于ZigBee无线传感器网络的农田信息监测研究

基于ZigBee无线传感器网络的农田信息监测研究

论文摘要

农田信息实时监测系统可为精细农业管理提供科学的依据,对提高作物的产量和质量具有重要意义。针对现有的农田监测系统大多采用有线数据传输方式所存在的局限性,本文以适合农业信息监测的无线通信技术为对象,对基于ZigBee的农田信息监测系统中数据的采集、传输和汇聚等问题进行研究,主要内容和结论如下:(1)设计一个基于ZigBee技术的树型无线传感器网络。该网络由协调器、路由器和传感器节点构成。传感器节点将采集的农田信息通过无线方式直接或通过路由器转发至协调器,协调器将收集的信息通过RS-232串口传送给PC机显示并存储。解决了农田远程监测系统数据采集近距离部分的无线传输与收集的问题。(2)以系统的低功耗和可靠性为出发点,传感器节点采用Chipcon公司的CC2430射频芯片为核心处理器,利用低功耗电缆型数字传感器探头DB171采集温湿度信息,设计开发了传感器节点硬件电路,包括无线传输模块、CC2430接口模块、复位电路模块、电源电路模块、数据采集模块、扩展电路模块及外围电路。在此基础上完成电路板的制作与调试。(3)对ZigBee2006规范的Z-Stack协议进行分析研究,开发了网络组建、系统绑定、数据采集、数据传输及数据接收等系统各节点的应用程序,实现数据的采集、传输与收集。(4)在系统的设计中充分利用传感器节点射频芯片CC2430的低功耗睡眠模式及通过选择性发送数据措施降低节点能耗,延长了电池寿命及更换周期。(5)实验测试结果表明,该农田监测系统可以实时的监测温度、湿度等环境信息,且传感器节点有着较好的节能效果。满足农田信息监测过程中对多测点、移动性、便捷性等方面的要求,解决了农业信息监测中受复杂环境因素的影响而布线不便的难题,能够满足农业环境监测自动化、信息化的需求,对提高农业现代化水平有着重要意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题的背景和意义
  • 1.2 农业监测技术发展现状
  • 1.2.1 国外研究现状
  • 1.2.2 国内研究现状
  • 1.3 主要研究内容
  • 1.4 论文的组织结构
  • 第二章 系统关键技术分析与设计方案
  • 2.1 分析几种短距离无线通信技术
  • 2.2 ZIGBEE 技术
  • 2.3 ZIGBEE 的网络结构
  • 2.3.1 ZigBee 网络配置
  • 2.3.2 ZigBee 寻址方式
  • 2.3.3 ZigBee 的网络拓扑
  • 2.4 ZIGBEE 协议体系结构
  • 2.4.1 物理层
  • 2.4.2 MAC 层
  • 2.4.3 网络层
  • 2.4.4 应用层
  • 2.5 系统方案
  • 2.5.1 传感器网络系统结构
  • 2.5.2 传感器选型
  • 2.5.3 传感器网络软件设计方案
  • 2.6 小结
  • 第三章 传感器节点硬件设计与实现
  • 3.1 传感器节点硬件结构
  • 3.2 传感器节点电路设计
  • 3.2.1 无线传输模块设计
  • 3.2.2 CC2430 接口及复位电路
  • 3.2.3 电源电路设计
  • 3.2.4 数据采集模块电路设计
  • 3.2.5 扩展电路
  • 3.3 节点PCB 板的设计
  • 3.4 传感器节点硬件测试
  • 3.5 路由节点硬件设计
  • 3.6 小结
  • 第四章 无线传感器网络的软件设计
  • 4.1 Z-STACK 协议分析
  • 4.2 传感器网络软件设计与实现
  • 4.2.1 建立网络
  • 4.2.2 允许设备加入网络
  • 4.2.3 建立绑定
  • 4.2.4 读取传感器数
  • 4.2.5 发送数据
  • 4.2.6 接收数据
  • 4.3 低功耗策略
  • 4.3.1 睡眠模式
  • 4.3.2 选择性发送数据
  • 4.4 小结
  • 第五章 系统测试
  • 5.1 测试条件
  • 5.2 组网测试
  • 5.3 数据传输测试
  • 5.4 系统稳定性测试
  • 5.5 节点功耗测试
  • 5.6 小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介
  • 相关论文文献

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