【摘 要】
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近些年来,物联网技术的飞速发展极大地推动了温室农业的智能化进程,对于提高农作物的产量与质量有重要意义。现有的智能温室存在安装操作复杂、智能化程度不高、适用度低和无线通信网络稳定性低等诸多问题,工作效率低下。针对现存的问题,设计了一款运行高效、易于操作和功能齐全的智能温室远程管理模块和一款用于Zigbee无线通信网络的全向圆极化天线。主要研究内容主要包括以下几个方面:分析了智能温室及天线产生的背景、
【基金项目】
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国家自然科学基金（61671200）；
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近些年来,物联网技术的飞速发展极大地推动了温室农业的智能化进程,对于提高农作物的产量与质量有重要意义。现有的智能温室存在安装操作复杂、智能化程度不高、适用度低和无线通信网络稳定性低等诸多问题,工作效率低下。针对现存的问题,设计了一款运行高效、易于操作和功能齐全的智能温室远程管理模块和一款用于Zigbee无线通信网络的全向圆极化天线。主要研究内容主要包括以下几个方面:分析了智能温室及天线产生的背景、意义以及国内外的发展动态。从现代农业对智能温室和网络传输稳定性的实际需求出发,提出了物联网智能温室管理模块和天线设计的整体解决方案,并对设计过程中涉及的无线通信技术、嵌入式技术、云服务技术、Qt技术和天线技术等进行详细介绍。在总体设计方案的基础上,设计了硬件电路和软件程序,阐述了作为智能网关的i Top-4412开发板、USB摄像头、Wi-Fi芯片、Zigbee模块、传感器设备的硬件组成和工作原理。详细介绍了嵌入式Linux系统移植以及智能网关平台、Zigbee网络通信、Qt用户管理界面的开发过程。同时,申请了云服务器,用于远程通信及存储温室数据。设计了一款Zigbee无线通信频段的全向圆极化天线。此天线是通过一组偶极子间隔72°旋转一周形成阵列天线,馈电方式为同轴馈电,并引入金属化过孔改善介质上下两层的耦合。另外,还在辐射贴片上刻蚀了矩形缝隙,不仅拓宽了天线的轴比带宽,还提高了天线增益。该天线工作带宽覆盖了2.36-2.72 GHz,轴比带宽覆盖了2.22-2.65 GHz,适用于Zigbee-2.4 GHz频段。天线在频带内方向图稳定,交叉极化优于-15 d B,增益稳定在1.5 d Bi以上,具有良好的全向辐射特性。对所设计的天线进行加工测试,测量得到的结果与仿真结果基本吻合,性能优异。测试了圆极化天线与胶棒天线在Zigbee网络中通信性能以及智能温室管理模块的各项功能。实验表明,所有功能模块均可正常运行,且圆极化天线通信性能优于胶棒天线,可提高Zigbee无线通信网络收发数据的稳定性,改善整个物联网智能温室模块的通信性能。
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