温室大棚设计

无线传感器网络课程设计

课设题目：温室大棚环境监控网络设计

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摘要

在现代化大型温室中，实现测控系统的无线化和网络化是目前该领域研究的重要课题之一。为了解决温室测控系统中存在的有线布网、人工测量等问题，将无线传感器网络技术应用到温室温湿度测控系统中，实现现代化温室的网络信息化管理，对提升温室等设施农业生产水平具有重要意义。

温室环境控制是在充分利用自然资源的基础上通过改变环境因子,如温度、湿度、光照度等来获得作物生长的最佳条件,达到增加作物产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。温室环境的监测是实现其生产自动化、高效化的关键环节。传统的温室环境数据采集系统利用集散控制的思想 ,监控中心上位机进行集中管理和存储。下位机(传感器节点)实现实时的采集和控制。而上下位机通过有线通信的方式进行数据的传输和交换，在监控室与现场之间必然敷设大量电缆。在温室中大量布线十分困难，后期的维护成本高、应用不灵活。针对这一问题 ,该文设计了应用于温室环境参数检测的无线通信网络，该系统不需要任何固定网络的支持，提高了系统的稳定性以及系统的升级能力。

传统温室环境监测系统布局大多为有线通信方式,如现场总线、集散控制总线等,布线繁琐,不利于系统布局变动和维护。用无线传感器网络构建监控系统,具有部署方便、成本低廉等优势,可以有效实现环境信息的采集和传输,及时调整管理策略,保证作物生长处于最佳状态,为温室环境参数检测提供一种新颖的、低成本的解决方案。在控制器方面,基于工业控制机的温室监控系统成本较高,不易推广;基于单片机的温室监控系统虽然成本低,但是功能有限。嵌入式系统的迅速发展,为温室监控系统的开发提供了新思路。本系统结合嵌入式技术与无线传感器网络技术,实现温室作物生长环境的温度、空气相对湿度、土壤湿度、CO2 含量以及光照度等环境因子的实时数据获取,并对这些数据进行实时显示、存储、分析和处理,实现对温室内作物生长的各种环境参数的控制,达到现代化管理、精准化作业和获取更高效益的目的。

关键词: 温室环境监测无线传感器网络

目录

摘要........................................................... I 第一章绪论 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.2 课题意义 (1)

1.3 研究内容 (1)

第二章无线传感器网络的理论基础 (3)

2.1 WSN的介绍 (3)

2.2 WSN的构成 (3)

第三章路由协议的分析 (4)

3.1 路由协议的分类 (4)

3.2 路由协议的分析 (4)

3.3 对典型协议的比较 (6)

第四章无线传感器网络的设计实现 (7)

4.1 V-USSN-WR24B无线数据收集器 (7)

4.2 V-WSN-01-MODULE模块 (7)

4.3 组建网络 (8)

4.4 管理网络 (9)

4.5 数据变化波形 (10)

4.6数据列表 (10)

4.7 主窗口布局 (11)

4.8 报警与显示 (11)

第五章总结与展望 (12)

参考文献 (13)

附录 (14)

硬件连接电路图 (14)

第一章绪论

1.1 课题背景

我国是世界上设施栽培面积最大的国家，而且近几年国产连栋温室每年以新增100-150万公顷的面积快速发展。引导温室用户根据作物的要求进行环境因子的调节以获得作物产量和品质的提高，是温室环境因子调控决策支持系统的主要目标和方向。然而，目前的温室测控系统大多采用有线布网、人工测量，导致现场安装困难，工作效率偏低，测量精度差，这不仅大大增加了电气工程施工费用，也导致施肥等工作困难。此外，系统中的每个监控点没有自组织功能和自愈能力，维护工作量大，也不利于系统升级。因此，为了实现温室农作物的优质、高产和高效，开发和研制一种新型的温室环境测控系统是十分必要的。

1.2 课题意义

无线传感器网络技术是现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科的综合。把无线传感器刚络技术引入到温室大棚生产中来，农业将有可能逐渐地从以人力为中心，依赖于孤立的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式。从而实现温室信息采集自动部署、自组织传输和智能控制、大幅度提高单位面积的劳动生产率和资源产出率、改善温室等设施内工作环境和工作条件、提高工作效率、保障农民身体健康、提高农民生活质量，有助于解决“三农”问题，对实现温室作物生产的可持续发展具有重要意义。本课题基于无线传感器网络技术，研究温室环境中温湿度智能监测系统的相关技术，为实现温室无线传感器网络监测系统奠定良好基础。

1.3 研究内容

本论文主要介绍的是对温室的温度、湿度、光照及二氧化碳的浓度进行实时监测，并给出了系统的硬件结构、通信协议及软件流程。该系统利用无线通信的传输方式取代了传统的有线通信传输方式，具有配置灵活、组网方便的优点。随着温室大棚技术的进一步发展和推广，温室大棚在蔬菜和水果的种植中得到越来越广泛的应用。而温室大棚培育的关键是对温室大棚内温度、湿度、光照等因素的控制。在最初的温室大棚种植过程中，基本上是依靠人力定期到大棚中去测量和观测各种因素和参数。随着近几年自动化控制技术和电子技术的发展，现代大棚中也具有控制温湿度、光照等条件的设备，并实现用电脑自

动控制创造植物所需的最佳环境条件，但是在信息传输的关键技术中采用有线技术。本论文提出了一个基于无线传感器网络的温室监测系统的设计方案，提出在温室大棚的监测系统中采用无线通信技术。

第二章无线传感器网络的理论基础

2.1 WSN的介绍

WSN 是 wireless sensor network 的简称，即无线传感器网络。就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。基于 MEMS 的微传感技术和无线联网技术为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景。

2.2 WSN的构成

典型的WSN系统主要由信息管理节点、汇聚节点(Sink Nocle)、传感器节点(Sensor Node)和相关网络构成。传感器节点由部署在感知对象附近大量的廉价微型传感器模块组成，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送到汇聚节点。各模块通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，传感器节点采集到的数据沿着其他传感器节点逐跳传输到汇聚节点。一个WSN系统通常有数量众多的体积小、成本低的传感器节点。汇聚节点和传感器节点构成了底层数据采集和传输的网络系统，虽然单个节点功能有限，采集的数据也不够准确，但是大量具有一定计算能力、存储能力和通信能力的节点相互协作，构成一个具有高度抗毁性的网络系统，其采集数据的精度和广度得以很大提升，传回的数据完全能够作为用户决策的参考。汇聚节点通过通信卫星或其他其通信网络，将监测数据传输到管理节点。管理节点通过对整个系统的配置和管理，实现对系统中各节点监测任务的发布和监测数据的收集与处理。WSN典型结构如图2.1所示。

图2.1 WSN典型结构示意图