基于ZigBee技术的温室WSN监控系统的研究与设计

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温室一直以来都是重要的农业基础设施,其核心是能够有效地监控其内部环境,营造出适合生物生长和发育的最佳环境条件,从而达到增加农作物产量、提高质量、增加经济效益等目的。因此,研究和设计温室环境监控系统具有重要的理论意义和应用价值。  现有的温室监控系统主要采用有线通信技术,虽然具有良好的设备互操作性、信号稳定性强等优点,但存在成本高、布线复杂、维护不便等问题,从而限制了其在温室中的推广应用。ZigBee技术是一种新兴的短距离、低复杂度、低传输速率、低功耗、低成本的无线网络技术,非常适合监测温室环境。随着GPRS技术的完善,其长距离传输以及覆盖面越来越广的特点,使得远程数据采集和设备控制能够实现。在此背景之下,本文通过分析国内外温室的应用成果,结合我国的基本国情,设计了一套基于ZigBee技术和GPRS通信技术构成的远程温室监控系统。论文主要工作如下:  (1)对现有的可应用于构建无线传感器网络的几种短距离无线通信协议进行了分析,确定了具有低功耗、网络自组织、自愈能力强、通信可靠以及成本低廉等特点的ZigBee技术作为设计温室监控网络的方案。  (2)根据温室监控系统的需求,研究了以CC2530模块为基础的传感器节点和协调器节点。节点分为主板和扩展板设计,主板包含电源部分和CC2530以及外围电路,扩展板可以根据用途的不同,分为传感器扩展板、控制扩展板以及GPRS扩展板。  (3)研究了基于ZStack协议栈的协调器、传感器节点以及GPRS模块的软件设计。在分析ZigBee的协议栈、网络基本概念和组网原理的基础上,搭建ZigBee模块之间的组网试验平台,编程实现了模块点对点数据通信以及星形网络节点间的数据通信。  (4)实现了本地管理和WEB远程查询功能。本地管理平台主要功是存储协调器节点传输过来的信息,显示实时信息与历史信息。WEB远程客户端采用较为成熟的飞云服务器,用户可以通过电脑或者其它可以连网的手机等终端,查询获取服务器内容。  (5)建立无线传输能耗模型并仿真,分析得出通过数据压缩,消除冗余信息后发送,能够降低能耗,延长网络的寿命。
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