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基于ZigBee的蓝莓种植信息采集系统

于振武  
【摘要】:当前,通讯技术、嵌入式技术、传感技术等先进技术的飞速发展,给农业的发展方向带来了新的思路,将物联网技术引入传统农业,是发展现代化农业,解决传统农业发展瓶颈的必经之路。本文以安徽省怀宁县的蓝莓数字化种植需求为切入点,研制了一款适用于野外百亩级种植园区的基于ZigBee的蓝莓种植信息采集系统。在对当地地貌与蓝莓种植模式进行了研究分析的基础上,设计了采集节点、采集网关、以及与蓝莓种植信息大数据平台的对接协议,为数字化蓝莓种植提供了新的解决方案,本论文的主要研究内容如下:(1)对怀宁县当地地貌与蓝莓种植企业进行了实地考察,了解了数字化蓝莓种植的需求,综合分析了当今国内外农业物联网先进的技术和成功经验,将这些先进技术和设计原则引入到蓝莓种植信息采集系统方案的设计中。(2)根据蓝莓种植信息采集系统需求分析,确定了控制系统的结构框架,依据设计需求对系统进行技术选型,系统采用ZigBee的MESH组网方式,构建了感知层的无线传感网络,采集网关使用4G Cat.1对接大数据平台。(3)对采集网关与采集节点的核心板进行了硬件设计,包括对采集节点数据感知相关模块与网关通信模块相关的硬件设计,完成主控单元架构选型、功耗控制、RS485接口等电路原理图、PCB图设计,通过多次修改和反复调试,达到了系统硬件功能要求。(4)完成了采集节点与采集网关的软件设计,软件设计参考了Linux内核代码风格,将程序设计分为了驱动层与应用层的设计。驱动层包括设备驱动、Modbus主机驱动、网络驱动等,应用层包括了传感器轮询线程、MQTT线程、OTA等模块。做到了模块内高内聚,模块间低耦合,保障了代码的可维护性,易于升级。(5)针对现有传统Z-Stack协议栈在数字化种植应用场景下存在的发射功率固定、路由效率低下等功耗问题,提出了发射功率自适应改进算法,对系统进行了实际测试、验证与实地部署。通过一系列功能性测试与种植园区内的实际运行结果来看,本次设计的基于ZigBee的蓝莓种植信息采集系统该系统完全满足系统的功能要求。该系统贴合于蓝莓粗放式种植、种植地分散以及兼有低山丘陵和平原沙洲的复杂地貌特点下的应用,为当地蓝莓种植日常数据采集和数据追溯提供了可靠的大数据支撑。图67表9参73


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