农作物生长环境监测仪的设计

论文总字数：14426字

摘 要

本文应用无线传感网络和GSM网络，开发了农作物生长环境的农业信息远程监控系统，实现了农业信息远距离采集与实时传输。在深入研究无线传感器网络(WSN)的基础上，结合当前农作物种植的各项关键技术要求,采用低功耗低成本的CC2430芯片作为无线网络的数据处理及通讯单元,利用无线传感器网络对农作物生长进行监测，采集它们在生长周期内的光照、湿度、温度等数据，以便农业人员及时调整农作物的生长生态。

关键词：传感器，环境监测，无线传感器网络，农业

Abstract: In this paper a new remote monitoring system for agricultural information development of the crop growth environment is introduced by using wireless sensor network and GSM network. The system realized the agricultural information remote data acquisition and real-time transmission. In the research of wireless sensor networks (WSN) based on the key technology, combined with the requirements of the current crop, using CC2430 chip with low power consumption and low cost accomplishes the data processing and communication unit of the wireless network, the monitoring of crop growth is accomplished by using wireless sensor networks. The light exposure，humidity,temperature and other information are collected to provide convenience for agricultural technicians to adjust the crop plantation’s growing conditions.

Key words: sensor,environment monitoring,wireless sensor network,agriculture

目录

1 前言 4

2 无线传感器网络 6

2.1 无线传感器网络体系结构 6

2.2 无线传感器网络特点 6

2.3 无线传感器网络的发展趋势 7

3 ZigBee技术简介 8

3.1 ZigBee的技术特点 8

3.2 ZigBee网络拓扑结构 9

3.3 ZigBee协议栈 10

4 系统总体方案设计 11

4.1 系统总体框架 11

4.2 无线传感网络节点设计 11

4.3 CC2430芯片 12

5 系统硬件设计 15

5.1 数据采集单元 15

5.2 数据处理及通讯模块 18

5.3 电源模块 19

6 系统软件设计 19

结 论 22

参考文献 23

致 谢 24

1 绪论

1．1 研究背景

由于现代农业的发展必须走规模化生产经营之路，这使农业种植的区域更加集中，规模更大，品种更多，部分野生农作物的培育还必须在野外。这给农业技术人员的种植培育增加了难度。为了使农作物获得增产丰收，必须使农作物长久生长在适宜的环境里，这就要利用监测系统随时采集农作物生长期内的环境参数，与其正常生长所需的环境参数作比对，及时调整环境条件。而传统的监测系统造价昂贵，体积庞大，通常要在监测区域布线，在电源供给困难的区域不易部署，同时在一些人员不能到达的区域也很难进行监测。而且部署一旦完毕就很难再根据新的监测需求灵活改变布局。

随着传感器技术、嵌入式计算技术、通信技术和半导体与微机电系统制造技术的飞速发展，具有感知、计算存储和通信能力的微型传感器开始出现在军事、工业、农业和宇航各个领域^[1]。无线传感器网络是集传感器执行器、控制器和通信装置于一体，集传感与驱动控制能力、计算能力、通信能力于一身的资源(计算、存储和能源)受限的嵌入式设备。由这些微型传感器构成的无线传感器网络能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象信息，并对这些信息进行处理，传给需要这些信息的用户。传感器网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目庞大，节点分布密集。传感器网络在军事侦察、环境监测和预报、农业生产、医疗健康监护、建筑与家居、工业生产控制、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理、大型工业园区的安全监测等领域有着广阔的应用前景^[2]。随着传感器网络的的深入研究和广泛应用，传感器网络将逐渐深入到人类社会生活的各个领域。

无线传感器网络的研究起始于20世纪90年代末期。从2000年起，国际上开始出现一些有关传感器网络的报道，美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划，支持相关基础理论的研究。美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视，把传感器网络作为一个重要研究领域，设立了一系列的军事传感器网络研究项目澜。美国英特尔公司、微软公司等信息业巨头也开始了传感器网络方面的研究工作。日本、德国、英国、意大利等科技发达国家也对无线传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开了该领域的研究工作。我国在传感器网络方面的研究工作虽然起步晚，但是近两年发展很快，国内一些高等院校与研究机构已纷纷开展无线传感器网络的相关研究工作。支持无线传感器网络的无线通信网络技术、超微型嵌入式实时操作系统等若干关键技术的研究已经成为现在无线传感器网络应用的研究热点。

1．2 目的与意义

农作物的生长与其生长环境密切相关，而温度、湿度、光照等环境参数尤其重要。动态调整这些环境以最适合农作物的生长要求，对于农作物的大面积丰收具有决定性作用。传统的调整主要依靠人工来完成，即使配有温度计、湿度计及光照测量仪，也需要管理人员定时查看统计。对于大面积的农作物种植，显然增加了人力成本，而且工作人员不可能24小时进行环境监测，实时性不强。这就在一定程度上影响了农作物的增产。本课题旨在分析和研制适合农业环境监测的无线传感器网络系统，提高监测技术，利用无线传感器网络在环境监测中的优势，突破传统监测方法和思路，以新技术、低成本提高科学监测水平，为监测提供可靠科学的监测数据。采用无线传感器网络，布线和管理相比传统监测技术难度大大降低，投资大幅减少。由于无线传感器网络拓扑结构易变化，具有自我组织能力，数据采集点可以广泛地分布在不同区域，可以灵活改变监测布局，从而使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息。

农作物生长环境监需要监测设备能够很长时间对目标环境进行影响很小的工作。传感器网络节点体积小并只需要部署一次就可以长期搜集监测数据，同时传感器网络节点数量大并具有一定的数据处理能力和通信能力，可以将大量监测数据发送到数据中心进行处理。管理实时高效，手段灵活，成本低廉。该课题的实现及推广将对农作物产品增收起到一定的促进作用。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：14426字