溫室大棚種植技術(shù)在如今的設(shè)施農(nóng)業(yè)上應(yīng)用越來越廣泛。合理的溫室環(huán)境使作物正常生長,根據(jù)采集到的溫室中的環(huán)境因素,建立作物的生長模型,對農(nóng)作物的生長周期得出一個完整且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)方案,是目前溫室大棚智能化發(fā)展的一個重要趨勢。以往的溫室內(nèi)環(huán)境因素的監(jiān)測主要依靠人工的方式進行手動采集,隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展,智能化的溫室設(shè)備也應(yīng)運而生,在溫室建造時采用提前布線的方式對各種傳感器設(shè)備供電,但是在成本和后期擴展上需要的成本較高,容易受到外界的干擾,設(shè)備的供電問題無法得到有效解決。針對目前國內(nèi)外溫室監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題,本文開發(fā)設(shè)計了基于能量自收集WSN節(jié)點的溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。重點設(shè)計了基于Zigbee協(xié)議的底層硬件系統(tǒng)、能量自收集供電模塊、云端服務(wù)器設(shè)計和Android手機app應(yīng)用程序,手機應(yīng)用能夠?qū)崟r顯示溫室內(nèi)部環(huán)境因素并對各個環(huán)境因素做出長期圖形化管理曲線,方便用戶對農(nóng)作物生長環(huán)境進行有效管理。本文主要進行了如下幾方面的工作:(1)研究了Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,在此基礎(chǔ)上根據(jù)協(xié)議中角色的不同設(shè)計不同的電路,設(shè)計傳感器數(shù)據(jù)采集端和協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)匯總端。圍繞CC2530芯片作為硬件電路的控制器進行電路設(shè)計,包括各個不同傳感器收集電路、CC2530MCU核心控制電路、協(xié)調(diào)器供電模塊電路以及GPRS/3G通信單元電路。(2)為了解決傳感器數(shù)據(jù)采集端無法持久供電的問題,研究了目前主流的能量自收集技術(shù),設(shè)計和開發(fā)能量自收集太陽能供電模塊。采用新型電源管理芯片Bq25570作為微能量采集器,設(shè)計外圍控制電路,收集環(huán)境中微弱的太陽能為采集端提供電能,實現(xiàn)了節(jié)點的能量自供應(yīng),保證其能長期有效的工作。(3)設(shè)計并開發(fā)了云端服務(wù)器系統(tǒng)。云端服務(wù)器是底層硬件系統(tǒng)與Android手機應(yīng)用間數(shù)據(jù)交互的“橋梁”。數(shù)據(jù)的云端匯總處理以及數(shù)據(jù)的持久化處理均在服務(wù)器中進行。完成了數(shù)據(jù)集約化管理和數(shù)據(jù)庫設(shè)計,主要包括底層硬件數(shù)據(jù)的接收解析以及為客戶端應(yīng)用提供數(shù)據(jù)來源。(4)設(shè)計和實現(xiàn)了Android節(jié)點信息化管理app:結(jié)合系統(tǒng)開發(fā)需求,將Android應(yīng)用設(shè)計分為各種不同的功能模塊,開發(fā)包括網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)模塊、環(huán)境數(shù)據(jù)本地數(shù)據(jù)庫管理模塊、用戶系統(tǒng)管理模塊以及各個節(jié)點數(shù)據(jù)圖表化模塊和閥值溢出報警模塊。以分層的架構(gòu)模式進行自下而上開發(fā),并對節(jié)點采集的數(shù)據(jù)進行測試和比對。本文所設(shè)計的基于能量自收集WSN節(jié)點的溫室大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),經(jīng)過測試,能量采集模塊收集的微能量能夠為傳感器采集端提供持久性供電,硬件電路采用的Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計實現(xiàn)了采集模式的新突破,同時設(shè)計開發(fā)的Android端管理app能夠讓用戶隨時隨地的進行溫室環(huán)境的調(diào)控和管理,并能夠?qū)Νh(huán)境報警信息做出靈敏的報警反應(yīng),真正實現(xiàn)實時溫室監(jiān)控的理念。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TP212.9;TN92;TP277
【部分圖文】：

溫室大棚的核心功能即為農(nóng)作物提供了與室外環(huán)境所不同的環(huán)境條件，合理的環(huán)境能使作物正常生長。農(nóng)戶們可以根據(jù)采集到的大棚中的環(huán)境因素，建立作物的生長模型，對農(nóng)作物的生長周期得出一個完整且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)方案，進行有效的管理。圖1.1為一種溫室大棚實景圖。圖1.1現(xiàn)代溫室大棚環(huán)境實物圖現(xiàn)如今溫室中的環(huán)境因素數(shù)據(jù)采集主要依靠人工采集的方式以及有線采集的方式進行，采用人工采集的方式帶來的缺點可想而知，采集的工作量相當(dāng)大，且不可避免的會有漏測，數(shù)據(jù)的實時性以及有效性難以保障。同時，采用預(yù)先布線的有線采集方式技術(shù)上雖然相對成

在土地資源缺乏的環(huán)境中實現(xiàn)農(nóng)作物產(chǎn)量的最大化。在90年代日本科學(xué)家采用能控制技術(shù)，對環(huán)境因素進行綜合化管理，人工職能開始廣泛應(yīng)用于溫室的控自動控制領(lǐng)域科研水平的提升，大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控技術(shù)也在進一步的發(fā)展。加種能夠自主融合氣候條件以及自主灌溉的網(wǎng)絡(luò)全自動一體化控制管理系統(tǒng)，利參數(shù)，通過協(xié)議傳輸，對作物的栽培和監(jiān)督的同時融合各種參數(shù)，對作物的生時的監(jiān)控。美國在越南戰(zhàn)爭期間優(yōu)先開始使用無線傳感網(wǎng)絡(luò)，在戰(zhàn)場上收集敵。高速的科技信息化發(fā)展在20世紀(jì)90年代尤為突出，隨著總線協(xié)議和各種新式開發(fā)和完善，無線傳感網(wǎng)絡(luò)從原先的封閉式單一化網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用到互聯(lián)網(wǎng)中，多樣。目前在溫室環(huán)境監(jiān)控方面，通過對溫室中的不同環(huán)境因素指標(biāo)進行分離測，實現(xiàn)了智能化管理。在溫室大棚現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的熱點方向上，采用WSN技術(shù)結(jié)方法，結(jié)合作物的生長規(guī)律來建立環(huán)境因素的模型已經(jīng)成為了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的8年Yunseop Kim等研究的分布式現(xiàn)場無線傳感灌溉系統(tǒng)使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用[5]�，F(xiàn)場由六個現(xiàn)場傳感器進行監(jiān)測，這六個現(xiàn)場傳感器站點根據(jù)土壤屬性不，并且周期性地采樣并無線傳輸?shù)交局�。分布式的灌溉系統(tǒng)如圖所示：

第三章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)塊的設(shè)計源管理芯片選擇所以一直沒有被真正的廣泛應(yīng)用的最大原因，是其能端所消耗的能量之間一直處于不平衡的狀態(tài)[24]。隨著以及微型能量收集電源管理IC技術(shù)的突破，微型能量了滿足能量收集以及低功耗的需求，采用TI公司開發(fā)熱電發(fā)電機(TEG)以及光伏(太陽能)等各種不同的直可以進行高效的獲取與管理[25]。Bq25570內(nèi)置了高效個毫微功耗的降壓轉(zhuǎn)換器，在對功耗有嚴(yán)格要求的W330mV時啟動，當(dāng)芯片處于工作狀態(tài)時，升壓轉(zhuǎn)化能量的采集，同時，芯片具有電壓可編程的充電引腳率點跟蹤采樣的引腳。圖3.1為Bq25570的QFN-20封裝

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本文編號：2816121