燕山大学开题报告

燕山大学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：基于Zigbee无线传感网络的温室控制系统学院（系）：信息科学与工程学院

年级专业： 09级电子信息工程卓越班

学生姓名：**

指导教师：练秋生王国宾

完成日期： 2013年3月28日

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

农业是国家的立足之本，随着现代技术的发展，农业现代化也呈现了强劲的发展势头。利用高新技术改造传统农业无疑是农业前进的必由之路，温室系统应运而生。

（一）国外研究现状

国外温室发展呈以下态势：一、温室面积扩大，在农业技术先进的国家，以荷兰为例，温室产业是其最具农业特色的产业，其蔬菜出口率世界第一，大部分蔬菜在温室内生产；二、自动化程度高，温室内的光、水、气、肥等均实现了智能化控制。以色列的现代化温室可根据作物对环境的不同要求，通过计算机对内部环境进行自动监测和调控，实现温室作物全天候、周期性的高效生产；美国、日本等国还推出了代表当今世界最先进水平的全封闭式生产体系，即应用人工补充光照、采用网络通讯技术和视频技术进行温室环境的远程控制与诊断、由机械人或机械手进行移栽作业的“植物工厂”，大大提高了劳动生产率和产品产出率。

（二）国内研究现状

我国北方大部分地区冬季以温室大棚种植蔬菜为主，而温室的环境是决定农作物生长的条件。目前，国内温室环境大部分以人工方式检测环境参数，如温度计，湿度计等，耗费了大量的人工和资金。现有的各类环境检测系统普遍存在网络布线困难、成本高、实习性差等问题。在实际温室生产中，温度、湿度、光照强弱、二氧化碳浓度等环境因素对农作物起着至关重要的作用。

（三）选题依据和意义

本次毕业设计针对以上问题及影响温室生产的环境因子，提出了基于Zigbee无线传感网络的温室控制系统。Zigbee技术是一种具有低成本、体积小、能量消耗小、传输速率低的无线通信技术。基于Zigbee无线传感网络的温室控制系统能够实时精确采集环境要素信息，通过Zigbee网络将这些数据发送给服务器存储、分析。通过液晶屏显示环境要素信息，用户可以在控制端配置系统参数。通过环境信息的实时监测，从而采取恰当的处理措施，逐步提高农作物的生产产量及经济效益。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

设计基于Zigbee的温室监控系统旨在解决当前温室监控设备工程施工繁琐，成本高、实时性差等问题，提高系统的稳定性，实现温室管理的网络化，提高农作物的产量。本次设计研究的基本内容主要包括以下几点：（1）采用对比的方法，分析无线组网的优势及各种无线技术的特点，确定组网方案，并且研究方案的可行性；

（2）研究Zigbee的协议栈结构，了解各层的作用；

（3）基于CC2530的Zigbee传感节点及控制节点的硬件设计，研究节点功耗问题；

（4）完成主节点及采集节点的程序设计，实现对现场参数的采集、处理、输出控制及监控等功能。

三、研究步骤、方法及措施

基于Zigbee无线传感网络温室控制系统包含硬件和软件两个部分。

（一）硬件部分

硬件电路设计包括Zigbee数据采集终端、Zigbee路由器、Zigbee协调器、Zigbee控制节点四个部分组成，该系统采用星状无线网络，系统只有一个控制节点、一个协调器节点及若干个数据采集节点，如图1所示。

图1温室控制系统框图

其中Zigbee数据采集终端主要包含温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器和CC2530无线单片机，如图2所示。

图2 Zigbee数据采集终端

数据采集节点将采集到的数据通过CC2530无线单片机发送给Zigbee协调器，协调器将接收到的数据传给控制中心，控制中心进行数据处理并显示，同时根据采集的数据做出相应控制，控制命令通过Zigbee网络发送给各个节点，从而达到监测控制温室环境的目的。

（二）软件部分

数据采集终端采用C语言编程，基于TI公司的Z-stack开发，编译环境为IAR Embedded Workbench。其中采集节点和控制节点的流程图分别如下图3和图4所示。

图3 采集节点程序流程图图4 控制节点程序流程图

四、研究工作进度

第一阶段（第1—4周）：查找参考书，熟悉课题内容，收集资料，确定设计思路；

第二阶段（第5—8周）：学习CC2530无线单片机的使用，学习Zigbee 协议栈的结构；

第三阶段（第9—11周）：Zigbee采集节点及控制节点硬件设计，编写采集节点和控制节点的程序；

第四阶段（第12—14周）：系统整体调试及测试，记录测试结果并总结；

第五阶段（第15—17周）：总结课程设计，撰写论文，制作结题答辩PPT，准备答辩。

五、主要参考文献

[1]范云翔.智能温室环境控制器的研究开发.农业工程学报(增

刊),1997(13):25-27

[2]于海业.发达国家温室设施自动化研究的现状.农业工程学报(增刊), 1997:13

[3]周长吉.现代温室工程[M].北京：化学工业出版社，2008.

[4]李文仲，段朝玉，等.Zigbee无线网络技术入门与实战[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2007.

[5]范风强，兰婵丽，等.单片机语言C51应用实战锦集[M].北京：电子工业出版社，2003.

[6]Bob Heile，Emerging Standard.Where do Zigbee/UWB fit，2007，.

[7]C.F.Chiasserini and R.R.Rao,A Distributed Power Management Policy for Wireless Ad Hoc Networks[C],IEEE Wireless Communication and Networking Conference,2008:1209-1213.

[8]李皓.基于Zigbee无线网络技术的应用[J].信息技术，2008,1(1):12-14.

[9]CC2430 Datasheet,Texas Instruments,2008:55-60.

[10]宁炳武，刘军民，基于CC2430的Zigbee网络节点设计[J].电子技术应用，2008，2(3):21-28