基于ZigBee网络的现代农场作物生长环境监测系统开题报告
2022-01-13 09:01
全文总字数：3800字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
随着农业生产技术的发展和大型农场现代化水平的要求，需要对农作物生长环境信息进行精准的监测及动态和实时地查询。而农作物生长环境信息大致分为土壤属性信息(土壤水分、ph值、电导率等)、地理位置信息和农田周围环境信息(空气温度、湿度、光照强度等)。这些信息采集以后需要进行无线传输、分析和处理,以进行农田间的管理,从而能够更好地指导农业生产,为农业管理及增产增收提供有效的依据和保障。
农作物生长环境信息实时采集,是指导农业生产和提高农业生产效率的重要内容。目前对农作物生长环境信息的采集与传输存在多种方式: (1)工作人员到现场釆集进行人工记录,工作繁重,而且无法实现数据实时传送;(2)小范围基于总线型的釆集系统,但是如果采用有线通信的方式进行数据传输,不仅价格昂贵,而且农田环境中湿度高、酸性大、光照强等特征会导致线缆的老化,降低系统的可靠性,此外传感器数量多且分散,导致线缆纵横交错,给农业生产带来不便。这些方法都远远不能满足现代农业生产的需要。而本系统用的是无线传感器网络传输数据,可以很好的解决以上问题。
无线传感器网络(wireless sensor networks, wsn)是由大量同构的、微小的、资源受限的、基本不动的传感器节点随机分布在被测量区域,形成大规模的、自组织的、多跳的、未分割的网络。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,通过各类传感器终端节点实时监测环境或对象信息,由嵌入式系统对相关信息进行处理,并通过自组织无线通信网络以多跳路由方式将信息传送到汇聚节点,再由汇聚节点通过互联网、卫星等一些手段传送给用户,从而实现监测对象的实时、动态监控。本系统采用zigbee技术组建无线传感器网络,用zigbee协议找支持传感器网络的有效运行,使到处存在接入可能。
2. 研究的基本内容
①研究由温湿度、光照强度和土壤水分传感器测量技术对农作物生长环境信息进行测量。
②研究由单片机技术实现对监测系统的监测数据进行实时处理，将最新监测到的监测值用zigbee通信技术传输给监测中心。
3. 实施方案、进度安排及预期效果
| 实施方案 (1)项目研究技术路线
图1 项目研究技术路线图
如图1所示，具体研究路线可以分为以下三个部分描述： ①基于ZigBee的现代农场作物生长环境因素数据采集系统的实时测量电路设计 对于影响农作物生长的三个重要参数即气温、光照强度和土壤水分信息的测量，本项目选择DHT11数字温湿度传感器、光敏电阻传感器和FC-28土壤湿度传感器。 ②基于实时测量结果的数据处理与无线传输研究 传感器测量的目标信息以电信号形式送给监测系统的中央控制器，中央控制器根据测量的参数值，由执行程序根据算法进行运算，单片机系统根据运算结果来处理。监测值每次有更新单片机控制系统会将最新监测值通过ZigBee网络传输到数据中心，远程数据中心通过收集的信息可以实现对整个农场的农作物生长环境进行整体监测。 ③基于ZigBee技术的现代农田作物生长环境因素采集系统的测量装置设计 根据监测系统的使用环境以及为了便于安放和维修该监测系统，科学合理地设计监测系统的安放装置，并进行现场试验，根据各种环境状况并进行改进以达到最优设计要求。
3.2可行性分析 ①传感器测量的可行性 由于已有温湿度传感器、光敏电阻传感器和土壤湿度测量传感器的性能比较好，并且这三种传感器能够精确测量农场作物的生长环境信息，把这些传感器得到的数据在CC2530单片机上进行传输，最后上位机接收数据。这种技术方案比较成熟，因此可行。 ②ZigBee网络传输的可行性 将ZigBee无线传输技术与单片机相连构成数据通信系统的设计技术已经比较成熟，该系统的设计相当于在单片机外围扩展测量传感器和无线通信模块，因此可行性较好。
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研究进度安排 2019.01-2019.02 完成气温、光照强度和土壤水分传感器、ZigBee无线传输技术和MSP430单片机等相关资料的收集整理和使用方法的学习任务。 2019.2-2019.3 完成监测系统的硬件电路系统的方案设计和软件方案设计。 2019.3-2019.4完成监测系统的制作、调试和实验，并完成实验报告和提交相关的研究成果。 预期效果 2019年 一月：完成气温、光照强度、土壤水分测量传感器、MSP430单片机及ZigBee无线传输技术等相关资料的收集整理。 二月：自学单片机原理及其应用技术。理解ZigBee无线传输技术的工作原理及其电路设计。 2019年 二月：完成利用单片机设计测控系统的学习任务。 三月：完成车基于ZigBee网络的现代农场作物生长环境监测系统的方案设计。完成基于ZigBee网络的现代农场作物生长环境监测系统的软件设计及程序编写。完成基于ZigBee网络的现代农场作物生长环境监测系统的制作、调试和实验以及个性蜂鸣音的调试。 2019年 四月：并完成实验报告和提交相关的研究成果。
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4. 参考文献
[1] 刘志强.基于无线传感器网络的仓库环境监测系统设计与实现[d].长沙：国防科学技术大学，2008.
[2] 孙玉文.基于无线传感器网络的农田环境监测系统研究与实现[d].南京：南京农业大学，2013.
[3] 代媛.基于 zigbee 无线传感器网络的农田信息监测研究[d].杨凌：西北农林科技大学，2010.
