基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室群監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來，設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，特別是在自動(dòng)監(jiān)控方面是其中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，而該領(lǐng)域的特點(diǎn)就是監(jiān)控區(qū)域很大，因此需要大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器采集諸如溫度、空氣濕度、光照度、土壤濕度、EC值、pH值等信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控。傳統(tǒng)溫室監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)多采用有線連接，布線復(fù)雜，往往造成溫室內(nèi)線纜縱橫交錯(cuò)、使用不便、安裝維護(hù)困難、可靠性差等問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被認(rèn)為是滿足溫室應(yīng)用需求且代替?zhèn)鹘y(tǒng)有線連接方式的最好技術(shù)途徑。集成無線

2、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、溫室智能環(huán)境監(jiān)控技術(shù)，構(gòu)建溫室群無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境的優(yōu)化控制和生產(chǎn)全過程的無線化、網(wǎng)絡(luò)化是未來溫室監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。
　　 本文提出了一種基于ZigBee技術(shù)的溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，通過對(duì)系統(tǒng)中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究以及系統(tǒng)設(shè)備的軟硬件設(shè)計(jì)與測(cè)試，最終實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)。主要內(nèi)容如下：
　　 (1)根據(jù)溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的需求和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)，研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在溫室群監(jiān)控系統(tǒng)中的適

3、用性。針對(duì)目前溫室測(cè)控系統(tǒng)采用線纜連接的局限性，闡述了用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)有線方式的可行性。
　　 (2)分析了運(yùn)用ZigBee技術(shù)構(gòu)建溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的依據(jù)。在目前的多種短距離無線傳輸協(xié)議中，ZigBee技術(shù)具有低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、低速率、低功耗的特點(diǎn)，更加適合于溫室自動(dòng)化控制的應(yīng)用實(shí)際，為本文的研究提供基礎(chǔ)。
　　 (3)研究了基于ZigBee技術(shù)的溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用模型，分析了其

4、中的關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)溫室布置建造的特點(diǎn)以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了合適的系統(tǒng)方案；根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)與溫室生產(chǎn)的實(shí)際，分析了ZigBee技術(shù)在溫室這種特定應(yīng)用對(duì)象中擬需解決的關(guān)鍵技術(shù)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)做準(zhǔn)備。
　　 (4)研究了溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的路由方法。在研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與ZigBee技術(shù)路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，根據(jù)溫室應(yīng)用實(shí)際，提出了一種適用的基于溫室號(hào)的溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)路由方法。相比Zi

5、gBee的AODV路由機(jī)制，該路由方法路由開支小，能改善網(wǎng)絡(luò)性能。
　　 (5)研究了溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)融合處理方法。根據(jù)溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，針對(duì)性地提出了三種數(shù)據(jù)融合的情況和處理方法。首先采用自適應(yīng)加權(quán)算法對(duì)溫室內(nèi)部多個(gè)同類型的無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行融合，獲得高精度數(shù)據(jù)的同時(shí)，減少了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)量；其次是應(yīng)用分組融合技術(shù)對(duì)發(fā)送給協(xié)調(diào)器的單個(gè)溫室內(nèi)部多個(gè)不同類型的傳感器數(shù)據(jù)分組進(jìn)行融合，生成單溫室數(shù)據(jù)分

6、組；以及對(duì)生成的多個(gè)溫室數(shù)據(jù)包進(jìn)行分組融合得到多溫室數(shù)據(jù)分組。通過簡(jiǎn)單的性能分析，獲得了較理想的融合效果。
　　 (6)溫室群無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試。結(jié)合ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和溫室群的特點(diǎn)，給出了具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、總體技術(shù)框架和功能組成，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備的作用和地位。通過硬件選型，構(gòu)建了系統(tǒng)設(shè)備的通用硬件模塊，使得各個(gè)設(shè)備能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行組裝，降低系統(tǒng)開發(fā)和使用成本，同時(shí)方便安裝和維護(hù)。最后通過設(shè)備和系