基于某无线传感器网络的温室控制系统设计

目录

摘要 ........................................................... Ⅰ Abstract ....................................................... Ⅱ 第一章 前言 ..................................................... 1

1.1 研究目的和意义 .......................................... 1

1.2 国外研究现状 ............................................ 2 1.3 研究容 .................................................. 2

第二章 系统相关技术 ............................................. 4 2.1 无线传感器网络 .......................................... 4

2.2 ZigBee无线通信技术 ..................................... 4 2.3 GPRS概述 ............................................. 5

第三章 温室参数分析和系统总体设计 ............................... 6

3.1 温室参数分析 ............................................ 7 3.2 系统总体设计 ........................................... 5

第四章硬件设计 .................................................. 6 4.1 微处理器模块 ............................................ 7 4.2 无线收发模块 ........................................... 10 4.3 数据采集模块 ........................................... 11 4.4 报警模块 ............................................... 15 第五章 软件设计 ................................................ 16

5.1 管理中心设计 ........................................... 16 5.2 ZigBee 软件开发环境 .................................... 17 5.3 传感器节点设计 ......................................... 18 5.4 汇聚节点设计 ........................................... 19 5.5 执行结构模块设计 ....................................... 20 第六章 结论 ................................................... 21 致谢 ........................................................... 22 参考文献 ....................................................... 23

摘要

我国的农业正在向现代化、规模化、智能化发展。温室大棚作为现代农业生产中不可缺少的部分，对温室环境的有效管理能提高温室作物生产效率和农民经济效益。 温室环境的湿度、温度、 光照强度等因数对温室作物的生长有很大的影响。针对温室控制的需要，设计了一个基于无线传感器网络的温室控制系统。该系统通过分布在温室区域的大量传感器节点采集信息，数据以Zigbee无线传送方式发送至汇聚节点。 汇聚节点通过GPRS网络与远程服务中心通信，同时汇聚节点能接收远程服务中心发出的控制命令，控制部署在温室的控制节点，进而调节温室各参数达到合适要求。 关键词： 无线传感器网络，温室，ZigBee技术

Abstract

China's agriculture is to modern, large-scale, intelligent development. Greenhouse an indispensable part of modern agricultural production, the effective management of the greenhouse environment can improve the efficiency of greenhouse crop production and farmers' economic benefits. Greenhouse environment, humidity, temperature, light intensity and other factors on the growth of greenhouse crops have a great impact. A greenhouse control system based on wireless sensor network is designed for the needs of greenhouse control. The system collects information through the sensor nodes distributed in the greenhouse area, and the data is sent to the sink node in ZigBee wireless transmission mode. The convergence node communicates with the remote center through the GPRS network, and the collection node can receive the control commands issued by the remote center to control the control nodes deployed in the greenhouse, and then adjust the greenhouse parameters to meet the requirements. The system has the advantages of low cost and convenient deployment.

Key words: Wireless Sensor Network，Greenhouse， ZigBee Technology

第一章 前言

1.1 研究目的和意义

目前很多温室控制系统采用的是有线传输方式，有线传输需要铺设大量的信号传输线，由于天气和其他原因设备之间的连接线很容易坏，提高了检修和维护的难度。将无线传感器网络应用在温室控制系统中，除去了设备之间的信号传输线，不仅提高了系统的准确性，系统的扩展性也得到提高，也方便了系统的检修和维护。基于无线传感器网络的温室控制系统，能准确地监测温室温度、湿度、光照强度等参数，大幅度提高温室作物的产量和品质。

1.2 国外研究现状

20世纪，基于总线技术包括以太网技术的温室控制系统得到了快速发展。葡萄牙的Metrolho,J. C.等人在1999建立了基于CAN总线以及PC机等组建的典型温室控制系统[1]。 美国兴起了划时代意义的无线传感器网络技术，并尝试性地将其运用到温室监测中。由分布在监测区域大量微型传感器节点组成，以多跳的形式自组织成网络系统，各传感器采集和分析网络覆盖区域中监测对象的信息，并发送给观察者的技术引起了人们的关注[2-3]。

在无线传感器的技术这个方面，我国的温室无线控制技术仍处于起步阶段。 目前， 星型网络拓扑结构在温室控制系统中是运用最多的无线数据传输。系统中，主机直接与温室大棚中的传感器节点相连。拓扑结构相对简单，易于检修和维护。运用温室智能环境监控技术、无线传感器网络技术构成无线温室控制系统，实现温室环境的自动化、规模化控制是未来的发展方向[4-5]。

1.3 研究容

本文根据温室环境参数和无线传感器网络的特点，提出温室控制系统的设计方案。设计了一个基于无线传感器网络的温室控制系统。该系统通过分布在温室里传感器节点采集信息，数据以ZigBee无线传送方式将信息发送至汇聚节点。 汇聚节点通过GPRS技术传输到远程服务中心，同时汇聚节点能接收远程服务中心发出的控制命令，控制部署在温室的控制节点，进而调节温室环境参数达到合适要求。本系统具有成本不高，部署便利等优点。

第二章 系统相关技术

2.1 无线传感器网络

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）是由部署在监测区域大量的低成本、低功耗微型传感器节点组成，节点之间通过无线通信形成的一个多跳自组织网络系统 。WSN 由无线传感器节点、汇聚节点、传输网络和远程控制中心组成，其基本组成结构如图1。

[6]

图1无线传感器网络的基本组成部分

部署在被监测区域的监测节点实时、有效、准确的对监测区域进行数据采集，对数据进行存储以无线传输的方式传输到汇聚节点。汇聚节点对数据进一步的处理、分析、存储，在显示屏上显示，便于观察者查看。通过互联网传输到远程管理中心，远程管理中心可以对被监测区域发出控制任务和收集数据。

2.2 ZigBee无线通信技术

目前，在短距离无线传输技术大家族中，除ZigBee技术外， 还有许多，如：蓝牙技

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术、 UWB技术、Wi-Fi 等。表1给出了几种常见的短距离无线传输技术 。

表1几种短距离无线通信技术的比较

规标准 工作频段 最大传输速率 最大功耗 传输距离 网络容量 电池寿命 成本 蓝牙 802.15.1 2.4GHz 1 Mb/s 1-100mW

l 0m 8 4-8小时 低 UWB 未定 3.1-10.6GHz

110 Mb/s 200mW 10m 8 1-2小时 高 Wi-Fi 802.11b 2.4GHz; 5GHz

54 Mb/s 100mW 10-100m 256 1-3小时 低 ZigBee 802.15.4 868/915GHz；2.4GHz

250kb/s 1~3mW 10-75m 65536 半年以上 低