本文關(guān)鍵詞：基于ZigBee的農(nóng)業(yè)大棚的移動監(jiān)測系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡 JN5148 多協(xié)議輸出 低功耗 測距定位

【摘要】：隨著數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展,如何實時、準確地監(jiān)測大棚作物生長狀況成為了關(guān)鍵問題。近年來,ZigBee技術(shù)在大棚環(huán)境監(jiān)測領域的發(fā)展非常迅速。將無線傳感網(wǎng)絡技術(shù)應用于大棚環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),在大規(guī)模種植環(huán)境基礎下建立一個集移動監(jiān)測、低功耗于一體環(huán)境參數(shù)無線監(jiān)測系統(tǒng),具有深遠的意義和應用價值。本系統(tǒng)通過各種傳感器監(jiān)測大棚的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、土壤濕度、土壤pH值等數(shù)據(jù),同時為了支持移動監(jiān)測,傳感器節(jié)點加入了定位功能,這樣就可得到各地點農(nóng)作物在各時期所處的生長環(huán)境,為農(nóng)業(yè)管理人員的精準調(diào)控提供了依據(jù),有利于提高作物的產(chǎn)量。本系統(tǒng)采用NXP公司的JN5148為基礎平臺,實現(xiàn)了基于ZigBee PRO協(xié)議的開發(fā),并主要對以下幾個方面進行一些研究：首先研究了傳感器節(jié)點的移動監(jiān)測供電難和低功耗問題。本系統(tǒng)從二個方面解決此問題,一方面采用太陽能電池板、充電電路和保護電路組成充電管理模塊,用以給節(jié)點鋰電池充電且給系統(tǒng)供電；另一方面,從傳感器節(jié)點4種最常用的工作模式入手,根據(jù)各節(jié)點實際使用情況分別研究比較了節(jié)點在一個工作周期內(nèi)的平均工作電流,得出最節(jié)能的工作模式,并計算出天氣最差情況下使得太陽能電池板無法給節(jié)點充電的情況下各節(jié)點可連續(xù)工作時間。第二,研究了協(xié)調(diào)器節(jié)點的多協(xié)議輸出。協(xié)調(diào)器節(jié)點實現(xiàn)了R S-232、RS-485、以太網(wǎng)三種方式上傳各傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)。其中,RS-485實現(xiàn)了MODBUS RTU通信協(xié)議；針對傳統(tǒng)需借助帶有ARM或DSP的網(wǎng)關(guān)設備才可實現(xiàn)ZigBee PRO和以太網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換,通過在JN5148中嵌入TCP/IP協(xié)議棧,實現(xiàn)了以太網(wǎng)通信。第三,研究了傳感器節(jié)點的移動組網(wǎng)問題。本系統(tǒng)為傳感器節(jié)點設計了智能組網(wǎng)機制,可使傳感器節(jié)點自動識別網(wǎng)絡問題,自動刪除保存的網(wǎng)絡參數(shù)并重新組網(wǎng),使得WSN網(wǎng)絡具備較高的自愈能力。第四,研究了傳感器節(jié)點的定位。本系統(tǒng)中傳感器節(jié)點在測距中使用TOF和RSSI結(jié)合的方式測距,由于環(huán)境等因素使得測距存在一定的隨機性,這將不利于神經(jīng)網(wǎng)絡的收斂,本系統(tǒng)采用二階巴特沃斯低通濾波器對測距采集的數(shù)據(jù)進行預處理,并在數(shù)據(jù)后續(xù)處理中加入了機器學習方法,具體處理時分別選用BP神經(jīng)網(wǎng)絡、RBF網(wǎng)絡、SVM網(wǎng)絡,通過比較擬合曲線發(fā)現(xiàn)SVM效果最好,得出距離后的定位采用三邊測量法。最后對本文已完成的工作進行了總結(jié),指出了不足之處并對下階段工作提出了改進方向和改進目標。
【關(guān)鍵詞】：ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡 JN5148 多協(xié)議輸出 低功耗 測距定位
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP274;S625.3;TN92
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 1 緒論7-14
• 1.1 課題背景7-8
• 1.2 無線傳感網(wǎng)絡發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀8-9
• 1.3 國內(nèi)外農(nóng)田大棚監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀9-11
• 1.4 ZigBee定位國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11
• 1.5 研究目標和主要研究內(nèi)容11-14
• 2 系統(tǒng)硬件設計14-27
• 2.1 系統(tǒng)硬件總體設計14-15
• 2.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點的硬件設計15-20
• 2.2.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點電源模塊15-16
• 2.2.2 JN5148最小電路16-17
• 2.2.3 串口通信電路17-18
• 2.2.4 以太網(wǎng)通信電路18-20
• 2.3 傳感器節(jié)點的硬件設計20-27
• 2.3.1 傳感器選型20-21
• 2.3.2 充電管理模塊設計21-23
• 2.3.3 電源模塊設計23-25
• 2.3.4 調(diào)理電路設計25-27
• 3 傳感器節(jié)點的節(jié)能研究27-38
• 3.1 傳感器節(jié)點的工作模式27-31
• 3.2 土壤水分節(jié)點的工作模式31-33
• 3.3 土壤pH節(jié)點的工作模式33-34
• 3.4 CO_2節(jié)點的工作模式34-35
• 3.5 溫濕度、光照度節(jié)點的工作模式35-38
• 4 系統(tǒng)軟件設計38-67
• 4.1 ZigBee PRO技術(shù)分析38-43
• 4.1.1 ZigBee協(xié)議發(fā)展歷程與各協(xié)議間比較39-40
• 4.1.2 ZigBee與IEEE 802.15.440-41
• 4.1.3 ZigBee PRO協(xié)議規(guī)范41
• 4.1.4 ZigBee PRO拓撲及節(jié)點類型41-43
• 4.2 開發(fā)平臺概述43-45
• 4.2.1 JenOS系統(tǒng)43-44
• 4.2.2 ZigBee Pro API44
• 4.2.3 軟件開發(fā)環(huán)境44-45
• 4.3 協(xié)調(diào)器節(jié)點的軟件設計45-58
• 4.3.1 構(gòu)建網(wǎng)絡45-46
• 4.3.2 數(shù)據(jù)接收46-47
• 4.3.3 串行通信47-49
• 4.3.4 以太網(wǎng)通信49-58
• 4.4 路由節(jié)點的軟件設計58-59
• 4.5 傳感器節(jié)點的軟件設計59-65
• 4.5.1 加入網(wǎng)絡59-60
• 4.5.2 環(huán)境和位置參數(shù)的采集和發(fā)送60-63
• 4.5.3 智能組網(wǎng)機制63-65
• 4.6 軟件調(diào)試65-67
• 5 傳感器節(jié)點的測距、定位67-82
• 5.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡處理69-72
• 5.2 徑向基函數(shù)網(wǎng)絡處理72-75
• 5.3 支持向量機處理75-82
• 6 總結(jié)與展望82-83
• 致謝83-84
• 參考文獻84-88
• 附錄A 主要原理圖88-90
• 附錄B 實物圖90-93
• 攻讀碩士學位期間主要的研究成果93-94

【相似文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 胡泮;基于ZigBee的農(nóng)業(yè)大棚的移動監(jiān)測系統(tǒng)研究[D];揚州大學;2015年

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本文編號：1072675