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基于ZigBee技术的水稻催芽智能监控系统的研究

朱萍  
【摘要】:水稻是我国重要的粮食作物之一,推动水稻产业的健康发展,建立高产、高效、自动化的水稻催芽系统已成为全世界水稻催芽技术发展的总趋势。因此,实现水稻催芽的网络化、智能化,提高水稻的生产效率将对我国农业可持续发展具有十分重要的意义。 结合国内外物联网的最新发展动态和当今世界比较主流的ZigBee无线网络技术,对无线传感器网络进行组建,对水稻催芽过程中所需信息的采集、传输以及无线监控进行研究。水温条件对水稻芽种的发育影响非常大,为了精准有效的测量水稻催芽过程中的温度值变化,需要对水稻在浸种、破胸、催芽三个不同阶段进行监测,按照水稻在不同阶段的需求进行综合分析,从而有效的提高种子发芽率。本文针对这个情况设计了一个水稻催芽智能监控系统,通过监测水稻催芽过程中的温度值和水位变化,来自动或手动发送命令控制整个系统,从而智能调节水温和水循环过程。 本文首先设计了一个基于ZigBee技术的无线树型传感器网络,在该网络中节点将传感器采集来的数据信息传送给协调器,协调器将自身采集和节点传来的数据信息传送到主控制计算机上,同时协调器还要接收并执行主控制计算机发来的控制命令,或将接收到的命令转发给各节点。其次,进行了系统软硬件的设计。硬件设计包括:ZigBee无线通信模块、处理器、传感器、继电器、液晶显示模块的选择;节点及协调器的硬件电路设计,并在此基础上完成了电路板的制作与调试;采用了尺寸适宜的塑料箱制作出试验箱,在试验箱上进行了按键面板的设计,从而进行自动、手动操控。软件设计由无线通信模块程序设计和处理器模块程序设计两部分组成。无线通信模块程序设计包括:ZigBee无线传感网络的程序设计;对节点的数据通信方式进行研究,实现双向通信的功能;采用专门为嵌入式无线传感器网络设计的TinyOS为操作系统,用nesC语言作为操作系统的编程语言完成无线通信模块的应用程序开发。处理器模块程序设计包括:对系统的工艺控制流程进行设计;对数据传输协议进行定义,使系统能够按照浸种催芽流程工作;对LCD的显示进行设计,在各节点和协调器处的控制器上通过LCD显示屏可实现数据信息、工作状态的实时显示,通过按键面板可进行手动调节和自动控制系统等功能。然后,进行了系统上位机的软件设计。在PC机上运用MCGS组态软件开发出上位机监控系统,实现整个系统中数据信息、工作状态、工作模式的实时监控,工艺流程的动画显示,系统工作日志和历史曲线的查询,数据的存储等功能。最后,进行了系统运行、稳定性的测试与调试,组建ZigBee无线传感器网络,实现协调器与节点、主控制计算机之间的双向通信。 实验表明,本文设计的ZigBee无线传感器网络工作稳定,整套系统能够实现手动及自动双重控制,具有较强的可操作性,能够达到对水稻催芽系统智能监控的目的,具有较高的实际应用价值。


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