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毕业论文(设计)

英文文献翻译

英文题目 翻译1：Agriculture Wireless Temperature and Humidity Sensor Network Based on ZigBee Technology

翻译2：A Climate Room for Precise Regulation of Temperature and Humidity in Connection with a Temperature-Regulated Nest Site for Wood Ants

中文题目 翻译1：基于ZigBee的农业无线温湿度传感器网络

翻译2：木蚂蚁调温巢的温室温湿度控制气室

基于ZigBee的农业无线温湿度传感器网络

Xi Wang Hui Gao

黑龙江农业大学163319 兰州交通大学 730070

摘要： 结合农业生产实践，我们提出了基于ZigBee技术的农业无线和湿度传感器网络设计。 本设计采用基于CC2530 ZigBee协议的芯片作为数据采集，传输和显示的传感器节点和协调器节点，能够实现农业生产自动化和精准农业。

关键词：农业生产，温湿度，无线网络，传感器。

1. 引言

目前，生产和生活的许多方面需要提取和处理周围环境的温湿度信息。过去技术是通过温湿度传感器收集温度和湿度信息，并通过RS-485总线或现场总线再次将数据传输到监控中心，因此您需要铺设大量电缆来收集和过程温度和湿度信息。传统农业主要采用孤立单纯的机械设备，无通讯能力，主要依靠人工监测作物生长状况。但是，如果采用ZigBee无线传感器网络技术，农业将逐步转向以信息和软件为中心的生产方式，并将更多的自动化，网络化，智能化和遥控设备用于农业。传感器可以收集土壤水分，氮浓度，pH，降水，温度，空气湿度，空气压力等信息。上述信息和收集信息的位置通过ZigBee网络传递给中央控制设备进行决策和参考，因此我们可以及早准确地识别问题，以帮助维护和提高作物产量。在许多面向数据的无线网络传输中，低成本和复杂的无线网络被广泛使用。

1. ZigBee技术特点

ZigBee技术是一种短距离，低复杂度，低功耗，低数据速率和低成本的双向无线通信技术，主要用于自动控制和遥控领域，可嵌入各种设备 实现自动化[1]。 对于各种现有的无线通信技术，ZigBee技术将是功耗最低，成本最低的技术。ZigBee数据传输速率低，范围从10KB / s到250KB / s，专注于低传输应用。 在低功耗待机模式下，两节普通的5号电池可以持续6至24个月。 ZigBee数据传输率低，协议简单，大大降低了成本。 网络容量大，可容纳65,000台设备。 延迟时间短，通常在15ms〜30ms。 ZigBee提供数据完整性检查和认证功能，使用AES128加密算法。 灵活的工作频段，使用频段2.4GHz，频段无牌。 包括可靠传输和使用防撞策略等优点，而需要固定带宽的业务是预留的特定时隙。

1. 整体系统设计理念

基于ZigBee无线技术，温湿度传感器网络由发射机，接收机和显示系统三部分组成。发射机由多个终端节点组成;每个节点由温湿度传感器和ZigBee无线射频模块组成。温室温湿度传感器收集有关温度和湿度的信息，然后将温湿度数据传输到ZigBee无线射频模块。通过嵌入在ZigBee无线射频（射频）模块中的芯片对温湿度数据进行校正，修改后的数据将通过ZigBee无线网络发送给接收器。接收器由ZigBee RF模块和RS232串行端口模块组成。作为网络协调器的接收器模块建立网络的星型结构。每个节点的数据通过ZigBee网络接收，并通过RS232传输到显示系统。系统发送节点的温湿度收集和传送过程如图1所示。

图1.系统总体方案

1. 系统硬件设计

CC2530满足基于ZigBee的2.4GHz ISM频段的低成本和低功耗要求。 它包括一个高性能的2.4GHz DSSS（直接序列扩频）RF收发器核心和一个8051控制器。 ZigBee RF前端，存储器和微控制器集成在单个芯片上。 它具有128kB可编程闪存和8kB RAM，包括ADC，定时器，32kHz晶体睡眠模式定时器，上电复位电路，掉电监控电路和20个可编程I / O引脚，使节点能够实现小型化[2]。 CC2530无线单芯片的特点是功耗非常低，待机电流消耗仅为0.2mu;A。 在32kHz晶体时钟的运行下，电流消耗小于1mu;A。

SHT11温湿度传感器将多个电路集成到单个芯片中，如温度和湿度检测，信号放大调理，A / D转换和数字通信接口。 湿度测量范围为0〜100％RH，温度测量范围为-40℃〜 123.8℃，湿度测量精度为plusmn;3.0％RH，测温精度为plusmn;0.4℃，响应时间小于4s。 对于数字接口，SHT11提供两线数字串行接口SCK和DATA; SCK是串行时钟线之间的微处理器之间的通信，以实现同步。 DATA用作串行数据线，并使微处理器之间的数据传输。 芯片接口简单，传输可靠性高，测量精度可通过编程调整。 测量和通信后，低功耗模式自动传输。

4.1发射节点的硬件设计

传输节点是由数字温湿度传感器SHT11模块，CC2530处理器模块，天线模块，电源模块组成的网络的基本单元。 负责获取温湿度数据和数据预处理，并将其传送到ZigBee接收端。 温湿度传感器模块负责采集和检测区域的温湿度数据。 处理器模块对收集的数据信号进行模数转换，然后进行处理。 经处理的数据由天线[3]发出。 电源模块主要为处理器供电。 传输硬件框架如图2所示。

图2.硬件传输框架

4.2接收节点的硬件设计

接收器节点由电源模块，关键模块，串行模块，LCD模块，LED灯，CC2530处理器模块和天线模块组成。无线温湿度传感器网络不是独立的通信网络，需要将监控温湿度数据传输到主机并进行显示。 LED指示灯用于显示接收节点网络状态信息（例如网络是否成功建立）; LCD模块是用户和传感器网络的界面，用于显示功能菜单，用户可以通过按下按钮进行选择。 CC2530是数据接收模式。当接收到数据时，RF接收信号在低噪声放大器被翻转进入混频器之前被放大。通过混频，产生IF（中频）信号。在IF处理阶段，在将信号进入解调器进行放大和滤波之前，将解调数据放入移位寄存器，然后进入RFBUF。在RFBUF中的温度和湿度数据被MCU去除后，它们将被放入UART的数据缓冲寄存器SBUF中，并通过RS232串行模块传输到主机

1. 系统软件设计

使用开发环境的系统是IAR7.51A，而使用协议栈是TI的Z-STACK。 通过串口RS232将接收端连接到PC的系统必须知道每个传感器节点的网络地址，要求在每个传感器设备加入网络后将网络地址发送到接收机。 收到传感器网络地址的接收机建立存储地址表，以便用户在收集数据时根据地址表收集每个传感器的数据[4]。 发射机和接收机软件流程图如图3所示。

图3.发送接收程序流程图

1. 基于ZigBee的无线传感器网络建设

FFD（全功能设备）必须作为网络协调器建立网络，然后其他FFD或RFD加入网络，但RFD（减功能设备）只能链接到FFD。根据网络中的设备功能，设备预先设计了程序。协调器功能是通过扫描和扫描16个通道进行搜索，设置适用的最佳通道启动网络。该设备可以在自由频道中形成网络（协调器），或连接到现有网络。路由器功能是通过扫描进行搜索以查找活动通道并连接，然后允许连接其他安装。终端设备的功能总是试图连接到现有的网络。这些终端设备搜索可以在网络中提供完整的搜索服务的其他设备，允许任何网络设备初始化服务搜索[5]，并且可以绑定将提供全面服务的其他设备，为指定的一组符合提供命令和控制功能设备。

中央控制中心通过网络连接连接到多个发送端。 通过Zig Bee技术实现接收机和发射机之间的无线信息传输。 发送方负责检测和处理数据并将其发送给接收方。 控制中心通过网络获取收集的相关信息。 传感器网络中分布了多个发送者，因此轮询扫描可以从不同的ID汇聚节点上传到汇聚节点，通过MCU进行处理后，汇聚节点的数据可以有序，完整的传输。

1. 结论

本文提出了一种基于ZigBee技术的无线温湿度传感器网络系统，网络方式灵活，适应性强。通过实验室及其周边办事处的实际应用，该系统被证明是非常实用的。在实际应用中，通过实现目标要求确定终端设备号。该系统可以应用于农业生产以及更多的生产和生活领域，解决了有线网络布线成本高昂，环境恶劣等诸多方面监测环境温湿度问题。 ZigBee网络方式简单，功耗低，使得实时传输的温湿度信息降低了系统成本，节约了能源，节约了资源，其低成本促进了行业的便利。随着ZigBee芯片价格的降低，新的温湿度监测系统也将具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1] Zhai, L., Liu, S., Hu, Y.: ZigBee Technology and Application, pp. 313–347. Beijing Aeronautics and Astronautics Press (2007)

[2]Chipcon semiconductor. CC2530 Data Sheet 1.02, http://www.chipcon.com

[3]Liu, Y., Wang, C., Yu, C.: Research on ZigBee wireless Sensors Network Based on ModBus Protocol. Information Technology and Applications, 487–491 (May 2009)

[4]Chipcon semiconductor. Chipcon IAR User Manual, http://www.chipcon.com

[5]Song, J.: Wireless sensor network node design and implementation. Jilin University School of Instrument Science and Electrical Engineering

木蚂蚁调温巢的温室温湿度控制气候室

Martje Kruk-de Bruin, D.Ch. Brandt, and F.J.S.W.

动物实验室，Leiden大学动物生态系，Kaiserstraat 63，荷兰莱顿

摘要： 气候室被描述为精确调节温度和湿度。 湿度通过调节空气的露点温度来调节。 露点和空气温度范围为2〜45℃。温度调节精度为plusmn;0.05℃，露点温度为plusmn;0.1〜℃。在气候室 可以获得非常均匀的温度（plusmn;0.1℃）。 相对湿度在 1％以内是均匀的。 也可以使空气温度与地板温度不同。 实验室的尺寸为200 x 50 x 17 cm。 还描述了红木蚂蚁的温度调节巢点。

关键词：蚂蚁；温湿度；调节控制。

1 引言

1.1介绍

在我们对红木蚂蚁（Formica polyctena Forst）的生态调查中，我们研究了温度和湿度等天气因素对觅食活动的影响。 在本质上，不能单独分析这些因素的影响，因此需要在气候室进行实验室实验。 由于适合我们需要的气候室不在市场上，所以我们不得不自己制造。 似乎这样的房间可以以相对较低的成本建造。

在气候室旁边，我们建造了一个温度调节的巢穴。 这使得我们可以在蚂蚁生活在正常巢温25摄氏度左右和其他温度下进行实验。

在开发气候室时，我们考虑到以下考虑：

1、范围。 在本质上，蚂蚁的活动似乎限制在约6〜45℃的温度范围内，我们设计了气候室，使温度可以从2℃升高到45℃甚至更高。 为了调节湿度，选择245℃以上空气的露点温度调节。

2、精度。 由于蚂蚁似乎对气候因素的微小变化和差异非常敏感，气候室的温度以0.1（plusmn;0.05℃）的精度调节，露点温度精度为0.2℃ （ 0.1℃）。

3、同质性 假设蚂蚁的敏感性迫使我们建立一个温度和湿度均匀的房间。 许多通常的气候室不均匀，大于实验的严格要求。 在这种情况下，通风和气候条件容易被障碍物，观察者的身体热量，进出等干扰。此外，似乎蚂蚁的活动本身受到观察者的存在的干扰 。 为了排除所有这些影响，气候室被赋予了这样的尺寸（200times;50times;17厘米），内部只有动物的空间。 通过使用玻璃天花板可以通过眼睛或相机观察动物。

为了获得均匀的温度，我们特别注意房间的地板和地板上方的空气层，因为蚂蚁只能在那里走。 对于温度低于或高于环境室温（约20℃）的10℃以下的温度，局部空气层的温度不会超过0.2℃（plusmn;0.1℃）。整个实验室的调节露点温度在plusmn;0.1℃的精度范围内是均匀的。由于plusmn;0.1℃的温度和露点温度的波动， 地板

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