基于ZigBee无线网络技术的农业节水监测系统的设计

摘要

我国是一个严重缺水的国家，农业用水占总用水的75％。鉴于农业灌溉的特殊性和我国的国情，在灌溉系统中采用短距离无线检测控制技术有广阔的前景。 本文对无线传感器网络技术在节水系统上的应用进行了研究，设计了一个由嵌入式采集节点、路由器节点、控制节点和中央监控计算机组成的灌溉监控网络系统。系统运用计算机、电子、网络和通信等相关领域的最新成果，通过对ZigBee射频模块的控制来进行土壤含水量和温度数据的传输与交互，从而实现灌溉参数的自动采集和监测。 通过无线射频单片机将田间采集的土壤含水量，土壤温度等各类信息发送到主控制台，再由主按制台完成相应节点所在区域的节水灌溉任务，这样可以实现智能化的农田节水灌溉系统。系统各节点采用拥有ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器的CC2430芯片，选择合适的外围元件组成硬件系统；由液晶显示，土壤含水量检测，土壤温度检测等数据采集功能和发射接受程序组成软件系统，通过绘制系统软件框图，编译C语言源程序予以实现；通过ZigBee无线传感器网络和节水灌溉监控中心的通讯上位机(PC)系统软件，并在上位机上进行数据库的建立，实现中央监控功能。 在完成总体设计的理论分析之后，试制手持通讯采集系统，以样机为平台经过反复调试，最终使系统完成液晶显示功能，土壤温度采集功能，数据收发功能，网状网络建立，节点控制功能。

目录

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声明

第1章 绪论

1.1无线通讯网络应用

1.1.1 农作物环境监测系统

1.1.2短距离无线数据通信网络的各种国际标准简介

1.2节水灌溉的目的与意义

1.2.1水危机的严重性

1.2.2 国内外节水灌溉技术发展概况

1.2.3我国国内节水灌溉自动化发展状况

1.2.4基于ZigBee无线传感器网络的节水灌溉系统

1.3 本课题应完成的主要内容

第2章系统的需求分析和总体设计

2.1项目需求分析

2.1.1 农田节水灌溉技术需求分析

2.1.2环境监测网络的应用需求

2.1.3 网络硬件平台需求分析

2.1.4网络软件功能需求分析

2.2 ZigBee农田节水监测网络的总体方案

2.2.1 ZigBee无线环境监测网络的架构

2.2.2网络硬件平台解决方案

2.2.3 网络软件开发平台的选择

2.3所选方案的可行性分析

2.4实施所选方案需解决的关键问题

2.4.1 网络节点间的通信与协同信息处理

2.4.2路由发现与多跳传输

2.4.3网络能量管理

2.5主要功能模块性能要求

2.5.1采集节点功能要求

2.5.2路由节点功能要求

2.5.3系统控制节点功能要求

2.5.4手持检测通讯器的功能要求

2.6本章小结

第3章数据采集节点的设计

3.1 采集节点的硬件设计

3.1.1 土壤含水量传感器的选择与数据处理

3.1.2土壤温度传感器的选择与数据处理

3.2系统软件设计

3.2.1采集节点主程序设计

3.2.2环境温度和土壤含水量采集子程序设计

3.3本章小结：

第4章 路由节点与控制节点设计

4.1 路由节点的程序设计

4.2控制节点的程序设计

4.3系统通讯设计

4.4服务端数据库管理系统设计

4.4.1 服务端数据库管理系统总体设计

4.4.2 串口数据接收设计

4.4.3无线传感器网络信息的数据库管理设计

4.5本章小结

第5章 手持通讯器的设计

5.1 硬件设计

5.1.1液晶显示模块设计

5.1.2按键功能模块设计

5.2系统的软件设计

5.2.1主程序设计

5.2.2采集节点子程序设计

5.2.3路由节点子程序设计

5.2.4控制节点主程序设计

5.3液晶显示子程序设计

5.3.1 单字显示子程序设计

5.3.2行显示子程序设计

5.4按键子程序设计

5.5本章小结

第6章 系统开发过程和调试

6.1系统的开发过程

6.1.1工程的建立

6.1.2程序文件的添加

6.1.3设置工程选项

6.1.4编译和连接

6.1.5程序的调试

6.2系统调试结果

6.3系统测试

6.3.1系统无线发射接收性能测试

6.3.2系统节电性能分析

6.4本章小结

结论

参考文献

附录

致谢