关于智能农业相关论文范例,与基于ZigBee的智能农业管理系统设计相关论文开题报告

本论文是一篇关于智能农业相关论文开题报告,关于基于ZigBee的智能农业管理系统设计相关大学毕业论文范文。免费优秀的关于智能农业及管理系统及无线通信方面论文范文资料,适合智能农业论文写作的大学硕士及本科毕业论文开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。

摘 要：为了提高农业生产效率,降低人工劳动量,实现农业生产的智能化,设计了基于ZigBee无线传感器网络的智能农业管理系统.系统实现了对设施农业的空气温度、土壤温湿度、光照度、CO2浓度等数据信息的采集、传输和处理,并能对农作物生长环境进行自动调节,使农作物处于最佳生长环境,有效提高农作物产量,具有很高的实用推广价值.

关 键 词：ZigBee；智能农业；温湿度；继电器；管理系统

中图分类号：S126；TP23文献标识码：A文章编号：0439-8114（2013）03-0681-04

随着科技的发展,农业生产的现代化程度越来越高.采用科学的方法对农业生产进行智能化管理,准确地对设施农业中的各种环境参数进行监控、获取、控制和调整,能使农作物处于最佳的生长环境,使农作物优质高产[1].

目前,基于无线传感器网络的农业监测系统的研究比较多[2],但对于智能农业的研究相对较少,并且很多研究成果都不具有实际可操作性.设计一种基于ZigBee无线传感器网络的智能农业管理系统,将ZigBee技术用于农业系统中对温度、湿度、CO2浓度、光照度等环境因子进行监测,并通过网络将数据传送给管理者,管理者通过计算机或智能手机的系统软件对数据进行分析和处理,实时地了解环境参数值.当系统对数据进行分析后,如果发现某一环境参数超出预设范围,则会发出报警信号和信息来提示管理者,管理者可以直接通过计算机或手机发出控制命令,进而控制加热器、鼓风机、水泵和遮阳网等设备工作,同时采集环境参数,使环境参数达到适当的范围,从而提高农业生产效率,降低人工劳动量,实现农业的智能化管理.

1ZigBee技术简介

ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4协议标准新兴的短距离、低复杂度、低成本、低功耗、双向无线通信技术[3].ZigBee可在2.4GHz、868MHz和915MHz等3个免费频段上工作,并且最高传输速率分别可达250、20和40kb/s,其各自信道的带宽也不同,分别设有16、1和10个信道.ZigBee根据输出功率和信道环境的不同,可靠传输距离为10～75m,一般在30m左右.耗电量在休眠状态下仅为1μW.在短距离通信的情况下,其工作状态的耗电量为30mW[4].为了避免发送数据时的竞争与冲突,ZigBee的介质接入控制子层（MAC）采用了载波监听多路访问/冲突防止（CSMA/CA）的碰撞避免机制.ZigBee联盟在ZigBee的网络层（NWK）制定了星型、树型和网状网3种网络拓扑结构[5].每个ZigBee网络最多可支持65000个节点.因此,ZigBee的技术特性决定了它是无线传感器网络的最佳选择.

2系统设计

2.1系统总体结构

智能农业管理系统由ZigBee无线传感器网络、管理中心、终端控制设备3部分组成.系统总体结构图如图1.

ZigBee无线传感器网络通常由网关、路由节点和终端节点构成,网络中通常只有一个节点作为网关,它是网络的核心,负责建立无线网络；路由节点是无线网络中的无线收发器,它负责维护网络内路径和转发通信,并可以对传感器进行配置使其具有数据采集功能；终端节点与路由节点或网关建立连接,配置传感器使其采集数据并配置控制设备.为了降低能量损耗和数据丢失,设计采用了树型网络结构.网络中路由节点和终端节点都配备了传感器,对环境参数进行数据采集.部分终端节点配备了继电器,对鼓风机、水泵、加热器和遮阳网等设备进行控制.

管理中心的PC机或智能手机通过设计的系统软件对传送来的数据进行分析、处理、存储、显示并判断是否超过预警值,如果超过预警值报警并启动继电器,使控制设备开始工作,调整环境参数.

终端控制设备主要是鼓风机、水泵、加热器和遮阳网等设备.通过配备在部分终端节点的继电器对其进行控制,使其对环境参数进行适当调整.

2.2系统硬件设计

2.2.1无线传感器节点硬件设计无线传感器节点主要由供电模块、无线通信模块、串口模块和终端节点模块组成.结构框图如图2.

供电模块主要负责给各个传感器节点提供电源.由于ZigBee具有低功耗的优点,系统采用太阳能电池和5V锂电池供电.阳光充足时采用太阳能电池供电,阳光不足时采用5V锂电池供电,锂电池供电可以持续使用6个月到两年.通过AMS1117_3.3芯片可为系统提供3.3V的直流电压；通过LM2585芯片可为传感器提供5～24V的工作电压.

无线通信模块主要以CC2430芯片为核心[6],负责信息和数据的收发,并与其他节点进行无线通信.CC2430是TI公司生产的一种包含了一颗小巧高效的8051控制器和一个高性能2.4GHzDSSS（直接序列扩频）射频收发器核心的芯片,它能满足以ZigBee为基础的2.4GHzISM频段应用.它使用一个8位低功耗、高性能的MCU（8051）,具有32/64/128kB可编程闪存和8kB的RAM,还包含4个定时器、模/数转换器、32kHz晶振的休眠模式定时器、掉电检测电路、上电复位电路以及21个可编程I/O引脚等.CC2430芯片的外围电路非常简单,只需少量的外围元器件就能实现对数据的收发和处理,进行无线通信.

串口模块主要是网关,负责无线通信模块和与PC机之间的通信.

终端节点模块主要是终端节点上配置的空气温度传感器、土壤温湿度传感器、CO2浓度传感器和光照度传感器以及部分终端节点上配置的继电器,负责采集环境参数数据和控制加热器、水泵、鼓风机和遮阳网等设备.

2.2.2CC2430与传感器的连接方式结合CC2430芯片自身强大的功能特性[7]和系统对低功耗、高精度、高可靠性和低成本的要求,温度传感器选用DS18B20、温湿度传感器选用SHT11、CO2浓度传感器选用B-530、光照度传感器选用TBQ-6.CC2430芯片与传感器的连接电路如图3.2.2.3继电器的驱动电路加热器、水泵、鼓风机和遮阳网等设备的工作状态都是通过继电器进行控制的.由于CC2430输出的电平值较低,在CC2430和继电器之间要加驱动电路.CC2430输出的控制信号给驱