1. 研究目的与意义
| 1．本课题研究的背景、目的及意义 |
| 目前我国农业的信息化，智能化水平比较落后。在我国一些比较偏远的地方机械化还没有普及，智能化与信息化就更加遥远了。针对目前这种状况我们应该把前沿的科学技术运用到农业生产中来。本课题便是基于ZigBee技术的运用使我们技术了解到农作物的相关信息（光照，温湿度，二氧化碳浓度）。ZigBee技术是一种低功率，低数据速率，低成本的新型无线传感器网络，通过在底层RFID标签和各种传感器节点对各种数据进行采集，在此基础上所设立的各种路由协议，保证了数据的稳定传输。ZigBee网络体系是在IEEE802.15.4网络协议的基础上建立起来的，随着无线技术的不断研究与完善，ZigBee无线传感网络的最强大功能便体现在设备互联网进行实时信息传输方面，也就是物联通信方面。在互联网中包含三类结构（簇状，网络，星型），这三种都是自组织网络结构，特点是一个ZigBee节点会自动感知另一个节点的存在并且主动连接加入网络。不会因为无通信设备而不能通信，不会因为任何网络节点的失去和添加而使网络通信能力出现任何故障。这种随意自组织网络具有良好的实用性和稳定性，这其中网状结构比其他两种更加稳定高效。可以增大通信范围而不影响质量，在一些恶劣的环境中也可以使用。因此ZigBee网络通讯技术相较于WiFi蓝牙等技术更有优点。 在一个ZigBee网络中有三个节点（协调器，路由器和终端），采集节点收到指令之后便开始工作模式并将采集到的数据直接传输到路由节点。路由器节点主要由cc2530无线通信模块，射频感知设备供电电路等构成，在系统中主要负责数据传输，将终端节点采集到的数据接受并通过cc2530模块传输个协调器，在系统结构中扮演传输中转站的角色。协调器是整个网络的核心，可以称为核心节点。不仅负责对于网络参数设置，组网，开关无线网络信号的责任，还要承担起传输数据与stm32处理器的责任。是整个ZigBee网络的核心，至关重要。Stm32处理器主要用来传输并且控制终端和调用算法处理数据，使传感器与cc2530无线通信模块在短时间完成任务之后其他时间处于睡眠状态，这样可以极大的节省电量，降低功耗。 综上所述通过智能的发展模式，我们可以改变原来的小规模生产，向大规模生产转变。而且随着时代的发展农业经济劳动力缺乏，务农人数减少，这种智能的远程监测可以节约劳动力成本的投入。它可以让我们及时了解到农作物的信息，减少了劳动力，提高了生产效率。本课题研究的基于Zigbee无线传感网络农业信息采集系统，拟采用互联网技术搭建系统主要结构，各单元之间独立工作，采用无线传感网络实现对农业生长环境参数（温湿度，光照强度，二氧化碳浓度）的采集，处理，传输并且通过智能计算机远程控制终端对处理后的数据进行分析，发送指令给相关的设备，进行参数调整，使得农作物生长处于一个智能，合适，高效的状态之中。不仅降低所需成本，而且有助于我国农业生产的转型。 |
2. 研究内容与预期目标
2.1 主要研究内容
（1）针对我国农业目前存在的低产量，高消耗，劳动力缺乏，生产效率低等问题，提出基于Zigbee平台上构建一套无线传感网络系统对农业空气温湿度，二氧化碳浓度，光照强度，进行实时精准的采集监测；
（2）设计相应的温度，湿度，光照，二氧化碳监测和控制的硬件设备；
3. 研究方法与步骤
3.1 拟采用的研究方法
本课题拟采用基于Zigbee的方法，硬件与软件两大部分相结合，湿度传感器，温度传感器，光照传感器，二氧化碳传感器，cc2530模块与stm32处理器来实现这个设计。
图1为无线传感网络系统调控图，将温湿度传感器，光照强度传感器，二氧化碳浓度传感器放置在农作物周围，他们将及时发送数据到Zigbee无线传感网络，最后发送到电脑终端进行分析。
3.2 拟采用的具体步骤
（1）查询和上网相关的资料，了解农业数据采集系统的意义。
（2）通过查询过来了的资料了解并分享农业数据采集系统的功能，模块组成，模块意义和开发出一套系统所需要的硬件设备。
（3）设计出相应的传感器模组，无线收发模块，处理器和提示器。
（4）在对将要做的系统有一定了解和设想之后，对每个功能模块进行细化，进行各个模块的硬件设计，并且确保在理论上各个模块之间可以正常通信且通信正常。
（5）提出具体的控制方案建立相应的数学模型并对数学模型进行初步特性分析。
（6）进行电路设计，使电路图具体化，编制相应的ZigBee程序。
（7）对整个系统硬件与软件进行仿真。
（8）整理各个阶段的设计与记录文档，准备撰写论文稿。
4. 参考文献
[1]张林.基于无线传感网的大棚数据采集系统设计[D].安徽:安徽理工大学,2017. [2]宋磊，胡利娟.无线传感网络在农村智能电网中的应用探讨[].农家参谋,2018(24).[3]赵诗博，于利永，张文静.基于ZigBee网络的数据采集系统的研究[]南方农机,2019,50(01):35. [4]常李.无线传感网络数据处理研究与应用[D].江苏:南京邮电大学,2018. [5]王灼阳.大规模无线传感网络的接入控制系统的研究[D].北京:北方工业大学,2018.[6]魏畅.基于支持向量描述的无线传感网络离群检测方法研究[D].江苏:江南大学,2018.[7]田思琪.基于粒子群一蚁群算法的无线传感网络路由协议研究[D].吉林:长春理工大学,2018. [8]胡瑜.基于UWB通信的无线传感网络技术研究[D].黑龙江:哈尔滨工业大学,2018. [9]汪涛.基于四叉树多层次数据融合的无线传感网络路由协议研究[D].江西:南昌航空大学,2018. [10]康团结.多传感器数据处理的列车环境监测系统[D].四川:西南交通大学,2018. [11]郭鑫.基于SDN的无线传感网络管控平台研究与实现[D].四川:西南交通大学,2018.[12]徐倩.无线传感网中基于反馈的分簇路由和网络覆盖优化策略研究[D].安徽:安徽大学,2018.
5. 工作计划
（1）2022-02-20 ～2022-03-10查阅资料，翻译外文资料和撰写开题报告； （2）2022-03-16 ～2022-04-01研究PID控制算法，并通过仿真进行验证； （3）2022-04-02 ～2022-04-30 设计出基于Zigbee的农业数据采集系统，并采用常 用EDA软件绘制符合计算机辅助设计制图相关标准规范要求的原理图和PCB图； （4）2022-05-01 ～2022-05-15查阅相关资料，根据所设计的系统控制功能，完成相应的硬件和软件设计； （5）2022-05-16 ～2022-06-05根据所设计的软硬件，撰写毕业论文； （6）2022-06-06 ～2022-06-10毕业设计答辩准备，参加毕业设计答辩。
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