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毕业设计说明书(论文)
基于ZigBee的环境监测系统的研究与开发
学生姓名
所学专业

班级

学号

指导教师

XXXXXXXXX系
二○**年XX月
摘要
随着农业科技的发展,高产高效的设施农业栽培技术在我国得到了广泛的应用,如何进一步推进农业信息化是当前所面临的重要问题之一。本文所研究设计的目标是利用ZigBee无线传感器网络,研究和开发一套适用于我国农业环境的无线自动化监测控制系统,主要应用在农田、温室等农业环境中进行农业环境监测、植物生理生态监测等,并且可以通过上位机软件的设计,使用不同的方式进行灌溉。
本文以设计实现ZigBee技术的低功耗无线农业信息传感器网络为背景,首先概要性的介绍了基于ZigBee技术的无线传感器网络。主要介绍了ZigBee无线传感器网络的体系结构、网络拓扑,并对软件协议栈进行了简要的分析。随后在此基础上,详细介绍了基于ZigBee环境监控系统的设计。介绍了协调器、传感器节点的硬件设计,软件协议栈的设计等。最后对本文进行了总结。
关键词:ZigBee;传感器网络;环境监测;农业信息采集;
前言
农业设施主要包括温室大棚、粮库、养鱼暖室及畜禽养殖舍等,以温室大棚的测控系统为例,国内现有的大多数系统是从国外引进的,这些系统一是价格昂贵,二是存在“水土不服”的问题。国内在温室的自动控制与智能化方面进行了有价值的研究,但研究的系统体系结构不合理,软件功能比较弱,可靠性不高,系统组态不灵活,不能适应温室自动化控制的要求。随着农业设施规模的逐渐扩大、自动化程度不断提高,国内外兴起了对农业设施远程测控系统的研究,其中无线通信技术的快速发展为快速、连续、远程采集设施农业环境信息提供了可能。近年来,出现了许多采用无线公共网络和无线传感器网络等无线通讯方式进行农、林、牧业的远程监控的范例。其中,如基于GPS数据采集为核心的农业信息采集系统、基于GPRS农业设施环境数字化监控系统、农田信息远程采集系统以及将PDA/GPS/GPRS等无线公共网络技术应用于农业设施的研究,且有较为成熟的技术和产品。这些无线通信技术的优势是传输速度快、信息量大、运行可靠、可远距离传输,但它们共同的缺点就是通信费用高,很难将其推广应用于农业设施的检测与控制系统。ZigBee这种崭新的、专注于低功耗、低成本、低复杂度的无线网络通信技术的出现,为农业设施远程测控系统从示范到实用的研究搭建了一个不可多得的技术平台。
正是在这样的环境要求下,才提出了本课题的研究。

开发背景
随着传感器技术、无线通信及网络技术的发展,以及人们对监控系统越来越高的要求,无线传感器网络技术开始提出,20世纪90年代末,美国发起了具有现代意义的无线传感器网络技术的研究。
无线传感器网络是指在环境中布置的传感器节点以无线通信方一式组织成网络,采用ad hoc方式配置大量微型的智能传感节点,通过节点的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信息。传感器节点完成数据采集上作。节点通过传感器网络将数据发送到网络中,传感器节点集成传感器件、数据处理单元和通信模块,并通过自组织的方式构成网络。根据需要,传感器节点可内置各式各样的传感器元件,测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号等信号,从而探测包括温度、湿度、嗓声、光强度、压力、土壤成分等众多环境参数。
无线传感器网络是一种以数据为中心的自组织无线网络。具有可快速临时组网、网络拓扑结构可动态变化、抗毁性强、无需架设网络基础设施等特点。所以它被广泛应用于军事、环境监测、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索,以及机场、大型工业园区的安全检测等领域。
环境监测是无线传感器网络应用的一个方面,目前比较系统地利用无线传感器网络对环境实施监测的实例是2002年Intel实验室和大西洋学院联合进行的大鸭岛环境监测项目。长达9个月的实验表明传感器网络在环境监测领域具有非常明显的优势,可以为实现更加准确、数据量更大、对环境影响更小的环境监测提供一个全新的手段。
本文主要工作
当前,随着农业科技的发展,高产高效的设施农业栽培技术在我国得到了广泛的应用。从单个的简易日光温室,发展到大型连栋温室,生产规模越来越大,特别是近年来一些地方大规模兴建日光温室生产基地,实现了温室生产的集约化、工厂化。这些温室一般都配备有专门的温室环境参数调节设备,如卷帘机、通风机等。随着大棚生产规模的日益扩大,生产过程的科学管理越来越重要。
本文所研究设计的目标是利用ZigBee无线传感器网络[1][2],研究和开发一套适用于我国农业环境的无线自动化监测控制系统,主要应用在农田、温室等农业环境中进行农业环境监测、植物生