范文健康探索娱乐情感热点
投稿投诉
热点动态
科技财经
情感日志
励志美文
娱乐时尚
游戏搞笑
探索旅游
历史星座
健康养生
美丽育儿
范文作文
教案论文
国学影视

基于无线传感器网络的绿色蔬菜生长环境监控系统设计与实现

  摘 要:通过分布在大棚内的各个KW01传感器终端节点,实时采集绿色蔬菜生长环境的各种数据信息,借助无线传感器网络将采集的数据信息汇聚到ZigbeeGPRS网关,由网关初步处理后,上传至后台服务器监控程序,由后台服务器监控程序进行汇总和分析,实现绿色蔬菜生长环境数据信息的显示和存储,为后续智能决策和自动控制提供依据。
  关键词:无线传感器网络;绿色蔬菜;生长环境;实时监控
  0 引言
  绿色蔬菜生产过程中会受到温湿度、CO2浓度、土壤PH值、光照强度等环境因素的影响,将信息技术应用到绿色蔬菜的生产过程中,可以准确、高效地采集和调控各类环境数据,对提高绿色蔬菜的产量和质量有着重要作用[1]。传统基于有线方式的绿色蔬菜生长环境监测系统布线难度大、传输距离短、成本高,难以实现有效的推广应用[2]。
  无线传感器网络因其自主性组网、低功耗分布式监控、无线数据采集与传输等特点,可以很好地解决有线网络的诸多不便,因此在农业生产过程中得到了广泛应用[3]。本文设计并实现了一种基于无线传感器网络的绿色蔬菜实时监控系统,该系统利用近距离的ZigBee无线数据采集技术和远距离的GPRS无线数据传输手段,以及基于B/S模式的远程监控软件,实现了绿色蔬菜生产过程中温湿度、CO2浓度、土壤PH值、光照强度等环境数据的实时采集和监控。
  1 系统结构设计
  根据物联网的三层体系结构,设计了含有感知层、网络层、应用层的基于无线传感器网络的绿色蔬菜生长环境监控系统体系结构,整个系统主要包括数据采集终端节点、ZigbeeGPRS网关和远程后台监控软件,如图1所示。
  (1)数据采集终端节点主要实现:采集并上传绿色蔬菜生长环境中的环境数据,如:温湿度、CO2浓度、土壤PH值、光照强度;接收并执行远程后台发送的控制指令[4]。节点之间通过Zigbee协议组网,并根据不同网络现状进行动态拓扑,从而维持整个数据网络的稳定通信。
  (2)ZigbeeGPRS网关主要实现:以Zigbee协议方式接收数据采集终端节点所上传的数据,进行汇聚后,以GPRS方式传输到远程监控软件进行处理和分析;以GPRS方式接收远程后台发送的控制指令,进行解析处理后,以Zigbee协议方式发送给数据采集终端节点。同时,ZigbeeGPRS网关还定时发送心跳包数据采集终端节点的状态信息,并反馈给后台监控软件[5]。
  (3)远程后台监控软件主要实现:处理并分析由ZigbeeGPRS网关传输过来的数据信息,并将处理结果进行存储和显示;对数据采集终端节点所采集的现场环境数据进行分析后,根据不同绿色蔬菜生长所需的环境数据,发送相应的控制指令,控制现场执行机构的工作状态,从而动态调节环境参数。
  2 系统设计与实现
  2.1 数据采集终端节点设计与实现
  在设计数据采集终端节点时要充分考虑低功耗和无线传输的高可靠性,因此选择恩智浦的32位ARM+RF一体化低功耗芯片KW01作为数据采集终端节点的主控MCU,该芯片内部集成了ARM CortexM0+内核的KL26微控制器和SX1231RF无线收发器,运行速率高达48 MHz,拥有128KB Flash和16KB SRAM,内置了10路16位ADC采集模块,以及符合IEEE 802.15.4规约的Zigbee协议栈,可以充分满足现场数据采集ZigBee网络低功耗、近距离、双向传输的需求[6]。基于KW01的数据采集终端节点的硬件结构如图2所示,主要包括KW01 MCU最小系统、2.4GHz功率放大模块、电源管理模块、接口电路、各类传感器等。
  绿色蔬菜生长环境数据采集中,空气温湿度传感器选用数字化温湿度传感器SHT10,该传感器数据采集精度高,含有已校准的、支持I2C总线的数字信号输出,且接口电路简单;土壤温湿度传感器选用TDC220D,该传感器内嵌微控制器,支持I2C总线的数字信号输出,可以同时测量土壤温度和湿度;CO2浓度传感器选用CGS3100,该传感器采用NDIR技术测量空气中的CO2浓度,可以同时支持UART、I2C总线;土壤PH值传感器选用NHPH49,该传感器集成度高、体积小、功耗低,可以同时支持UART、RS232、RS485、I2C总线;光照传感器选用光强数字转换芯片TSL2561,该芯片功耗低、量程宽、可编程配置、抗干扰能力强,支持I2C总线的数字信号输出。
  2.2 ZigbeeGPRS网关设计与实现
  在设计ZigbeeGPRS网关时考虑:①能够通过Zigbee协议与数据采集终端节点实现稳定通信与信息交互;②能够通过GPRS方式与远程后台监控软件进行稳定通信并交互信息;③能够在数据采集终端节点与远程后台监控软件之间起到稳定的实时上传下达数据的功能,并且也保证了低功耗节能要求。
  基于以上基本要求,ZigbeeGPRS网关的主控MCU选用恩智浦的基于ARM CortexM4内核的K64芯片,该芯片运行速率高达120MHz,拥有1M Flash和256KB RAM,采用无晶振USB设计,可以充分满足低功耗处理、高存储器密度的应用;ZigbeeGPRS网关的Zigbee通信模块选用与数据采集终端节点一致的KW01芯片;ZigbeeGPRS网关的GPRS模块选用华为的CM320模块,该模块基于CDMA2000 1X空中接口,采用MSM6025系列套片,可以完成全部无线接收、发射、基带信号处理和音频信号处理[7]。
  ZigbeeGPRS网关的硬件结构如图3所示,主要包括K64主控MCU、KW01无线收发模块、华为CM320 GPRS模块和电源管理模块,K64主控MCU与KW01无线收发模块之间通过SPI方式进行通信,K64主控MCU与华为CM320 GPRS模块之间通过RS232方式进行通信。
  ZigbeeGPRS网关需要通过Zigbee方式从数据采集终端节点获取环境数据,同时还要通过GPRS方式将环境数据上传到远程后台监控软件,所以在ZigbeeGPRS网关的软件设计中创建3个线程,分别为主控线程、Zigbee无线通信线程和GPRS无线通信线程。其中主控线程主要负责ZigbeeGPRS网关的稳定运行并协调另外两个线程;Zigbee无线通信线程负责接收KW01无线收发模块所接收的数据并给KW01无线收发模块发送控制指令;GPRS无线通信线程负责将接收到的数据上传至远程后台监控软件以及接收远程后台监控软件发送来的控制指令。ZigbeeGPRS网关的软件控制流程如图4所示。
  2.3 远程后台监控软件设计与实现
  远程后台监控软件主要由服务器软件、数据库、Web服务器接口组件组成。其中服务器软件选择在Visual Studio 2013集成开发环境下利用C#语言编写,其主要接收并处理ZigbeeGPRS网关所上传的现场环境数据,将处理结果显示在页面上,以及向ZigbeeGPRS网关发送控制指令,同时将数据和控制指令存储到数据库中;数据库选择SQL Server 2008,用来存储现场环境的历史数据和实时数据,以及相关配置信息和控制指令;Web服务器接口组件选择Microsoft的Internet Information Server 7.0(IIS7.0),使用ASP.NET语言进行开发。
  3 结语
  针对当前绿色蔬菜生长环境监测的需求,设计了将Zigbee无线传感器网络与GPRS相结合的绿色蔬菜生长环境监测系统。该系统实现了数据信息的实时采集、传输和汇聚,以及分析处理,可以使人们精确地获取绿色蔬菜生长环境信息,包括温湿度、CO2浓度、土壤PH值、光照强度等,从而在实际生产过程中减少人工测量误差,降低绿色蔬菜成本,同时也保障了绿色蔬菜的产量和质量。后续将在该系统的基础上,进一步引入大数据分析方法,为绿色蔬菜生产提供智能决策和自动控制。
  参考文献:
  [1] 秦怀斌,李道亮,郭理.农业物联网的发展及关键技术应用进展[J].农机化研究,2014(4):246248.
  [2] 彭孝东,张铁民,陈瑜,李继宇.无线传感网络在农业领域中的应用[J].农机化研究,2011(8):245248.
  [2] 施连敏,陈志峰,盖之华.物联网在智慧农业中的应用[J].农机化研究,2013(6):250252.
  [3] 朱娟.基于无线传感网络的智慧农业监测系统研究[J].湖南农机,2014,41(3):7779.
  [4] 施连敏,郭翠珍,盖之华,等.基于二维码的绿色食品溯源系统的设计与实现[J].制造业自动化,2013,35(8):144146.
  [5] 承洋洋,王库,刘超,等.基于无线传感器网络的农业环境智能监控系统的设计与开发研究[J].安徽农业科学,2013,41(11):51345137.
  [6] 王克甫,蒋威.基于CC430的设施农业环境信息监测系统[J].江苏农业科学,2014,42(7):414416.
  [7] 余华,吕宁波.基于无线传感器网络的农田信息采集系统的研究[J].河南农业科学,2011,40(5):177180.

源于生活,高于生活,用于生活的论文品德与生活(社会)课程核心理念的回归生活,必然要求课堂教学的生活化。所谓课堂教学生活化,就是将教学活动置于现实生活背景之下,植根于丰富的社会生活之中,引导学生的学习从关注生活开始,试论教育装备从经验管理走向科学管理的论文论文摘要目前,教育装备管理部门对教育装备的管理基本还处于经验管理阶段,但是高等教育比基础教育和中等职业教育要好一些。关于这一点,从装备管理部门的会议内容和形式上就可以看出,这些会议地下输电工程结构设计论文摘要随着社会经济的不断发展,科学技术的水平的不断提高,各项工程项目的建设数量也在不断增加,其中地下输电工程就是关系社会建设的重要工程,也是为社会生产人们生活提供电力资源的保证。在社浅析广西物资学校物流服务与管理专业推行现代学徒制的必要性和可1引言国务院关于加快发展现代职业教育的决定(国发201419号)明确提出开展校企联合招生联合培养的现代学徒制试点。教育部关于开展现代学徒制试点工作的意见(教职成20149号)为职业关于商业银行融资的分析论文一我国商业银行的现状1不良资产比例过高。2005年末,我国商业银行的整体不良贷款比率首次达到8。6,但是不良贷款分类中的损失类贷款却为4806。8亿元,比2005年第三季度大幅增长能力场视角下的高职教育管理模式研究的论文摘要高职教育持久稳定发展的途径是做好教育管理工作,既要抓管理效率,又要抓管理质量。文章概述能力场,并从现代化职教理念校本管理人本管理课程管理教师管理等方面,研究基于能力场视角的高职家长如何帮助孩子建立良好的师幼关系的教学论文把孩子送进幼儿园后,家长普遍关心的一个问题是我的孩子老师喜欢吗?并常常以老师是否喜欢自己的孩子作为评价孩子受教育机会与发展的可能性,同时也是评价老师的一个重要标志。喜欢不仅意味着家教育培训公司客户关系管理论文本篇论文目录导航题目教育培训企业客户关系营销探究第一章教育培训行业客户关系管理探析绪论第二章客户关系管理与关系营销相关理论综述第三章培训行业客户关系营销现状分析4。14。3企业客户高校科研项目论文1高校科研项目管理现状科研项目管理的任务是采用行政管理手段和管理技巧,组织和协调科技力量去完成项目的研究和开发任务。科研项目管理具有创新性风险性和明确指向性的特点。创新性不仅仅指项农村小学数学教学探讨论文数学教育的目的不仅在于传授数学知识,更重要的是通过数学学习和实践,逐步掌握正确学习方法,努力激发学习情感,将数学与生活联系起来,进而学习有活力的活生生的数学。经过多年教学实践,对农高寒地区藏羊养殖技术论文由于该地气候特点是昼夜的温差较大,属于十分典型高原大陆性的气候,由于环境十分恶劣导致养殖的难度增加,而该地区养殖藏羊在养殖产业中占有十分重要的地位,并且还是牧民经济收人主要的来源之
水利施工中软土地基处理及优化方法摘要针对水利工程施工中的软土地基问题,通过分析软土地基特点,提出优化处理方法。通常情况下软土地基的含水量较高,需要对其进行处理,以提高地基的稳固性,使其能够达到水利工程施工的标准,水利施工企业项目管理关键问题摘要最近几年,已经有很多的水利施工项目企业在运用项目管理体系,而且有一部分的企业已经取得不错的成绩,然而还有一些基层管理人员对施工项目管理体系的认识以及理解还存在着一定的偏差,很容水利工程质量管理研究(6篇)第一篇小型水利工程质量监督问题及建议摘要水利工程的质量监督是政府为确保国家及地方投资得到合理利用及工程效益得到正常发挥而对水利工程建设质量进行监督管理,是保证水利工程建设质量的重要水利工程建设问题分析(4篇)第一篇水利工程河道治理问题及管理摘要随着国家对水利工程投入的增大,使我国的水利工程技术得到了长远发展,河道治理成为城市建设的重要工作之一。河道不仅能够起到防洪和通航的作用,同时也具水利工程建设管理论文(7篇)第一篇小型农田水利工程建设管理研究摘要近年来,随着我国经济的快速增长以及社会的不断进步,小型农田水利工程在农业生产中也发挥着不可替代的作用,并取得了不错的成绩。然而在小型农田水利工水利工程施工技术论文(6篇)第一篇水利工程施工技术要点思考摘要随着经济的快速发展,社会的不断进步,我们国家在水利工程方面的建设也取得了很大的进步和发展,在国家的大力支持下,水利工程拥有了更大更好的发展空间,在水利水电施工技术论文7篇1引言水闸施工技术的应用需要结合实际情况进行选择,从技术难点导流施工等多个方面进行工程的落实与管理,特别是注意对水利水电工程的特点进行仔细的分析,可以更好的找出技术以及施工的重点,水利水电工程施工论文(7篇)第一篇水利水电工程施工设备物资管理研究摘要为有效地提升工程质量,提高工程资金的使用效益以及更好的掌握工程成本,水利水电工程设备的物资管理务必采用科学的资源配置。因此,通过对现阶段水水利水电工程施工应用研究(5篇)摘要现阶段,我国水利水电工程的工程量越来越大,也存在着一些隐患和问题。我们应当借鉴以往的经验,提高水利水电工程质量的监控水平,推广高新检测控技术在水电工程应用。关键词水利水电工程高水利水电工程土石方施工技术发展探讨摘要水利水电工程是我国国民经济和社会发展的基础产业。水利水电工程建设具有周期较长,投资较大的特点。同时,也受自然资源,地质地貌,水文特征的等条件影响。在经济全球化的影响下,我国国民水利水电工程施工质量控制要点浅析摘要随着我国经济的不断提升,水利水电工程建设也加快了发展步伐,由于水利水电工程是一项关乎国家发展的重大项目,国家对水利水电工程建设的要求也越来越高,其建设规模不断扩大,功能也越来越