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《武汉工程大学》 2016年
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基于ZigBee的土壤信息采集系统

刘思敏  
【摘要】:我国水资源紧张,农业用水量占很大的比重,合理的农业灌溉对节约用水起到了巨大作用。土壤湿度的实时监测是实现合理灌溉的重要一步。目前,湿度测量系统仍是人工操作,工作人员不时将传感器节点里的历史数据输入到计算机,然后用相关软件进行分析,不能反映土壤的实时参数。针对这些问题,本文采用了基于FDR(频域反射法)技术设计的传感器作为终端节点,采用ZigBee无线通信将采集的数据传送到上位机,以便于对土壤墒情进行实时监测和控制。论文从传感器的模型研究出发,认真研究了传感器的工作机理,采用了FDR测量原理,并设计了传感器的结构和处理电路。传感器的两个探针和被测土壤,在FDR测量硬件电路中,等效为一个电容。土壤含水量的变化时,介电常数的改变导致电容值变化,电路的输出电压也随之变化,从而建立电压和含水量的关系。传感器标定后可用于含水量的测量。ZigBee无线通信网络采用网状网,由四个终端节点,一个协调器节点和上位机组成。终端节点通过ZigBee无线通信将数据发送给协调器,协调器通过RS232与上位机相连,上位机显示接收的数据和发送指令。通过软件编程,上位机可对终端节点进行单次含水量测量,连续含水量测量,查询节点状态等。实验表明:上位机发出单次测量指令后能及时获得土壤当时的湿度数据;发出连续测量后,终端节点每隔1s采集一次数据发送给上位机;通过查询节点可发现各节点是否工作正常。因此,本文基于FDR设计的传感器电路,各节点的配置,通信协议软件能有效及时地测量湿度数据,具有很高的实用价值。
【关键词】:土壤湿度测量 频域反射法 ZigBee无线通信
【学位授予单位】:武汉工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S152.7;TP212.9;TN92
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第1章 绪论10-20
  • 1.1 背景10-12
  • 1.2 国内外研究概况12-14
  • 1.2.1 国外研究概况13-14
  • 1.2.2 国内研究概况14
  • 1.3 无线传感器网络14-19
  • 1.3.1 无线传感器网络特点16-17
  • 1.3.2 网络节点组成17-18
  • 1.3.3 ZigBee的优势18-19
  • 1.4 本文主要研究内容19-20
  • 第2章 土壤含水量模型及检测方法20-38
  • 2.1 土壤水分表示方法20
  • 2.2 含水量模型20-27
  • 2.2.1 电阻法含水量模型21-24
  • 2.2.2 介电法含水量模型24-27
  • 2.3 检测方法及测量模型27-36
  • 2.4 本章小结36-38
  • 第3章 FDR测量系统设计38-56
  • 3.1 工作原理及测量模型38-40
  • 3.2 传感器设计40-53
  • 3.2.1 传感器的结构设计40-41
  • 3.2.2 硬件电路的设计41-48
  • 3.2.3 软件的设计48-52
  • 3.2.4 传感器标定与输出52-53
  • 3.3 本章小结53-56
  • 第4章 基于ZigBee网络的系统实现56-70
  • 4.1 ZigBee网络概述56-59
  • 4.1.1 ZigBee设备57-58
  • 4.1.2 ZigBee网络拓扑结构58-59
  • 4.2 传感器网络节点硬件设计59-61
  • 4.2.1 网络系统总体方案设计59-60
  • 4.2.2 ZigBee芯片选取60-61
  • 4.2.3 ZigBee节点硬件设计61
  • 4.3 ZigBee网络实现61-64
  • 4.3.1 网络节点的自组网61-62
  • 4.3.2 应用层通信协议62-64
  • 4.4 含水量数据采集软件64-67
  • 4.4.1 无线节点管理65-66
  • 4.4.2 数据的采集66
  • 4.4.3 数据的保存66-67
  • 4.5 本章小结67-70
  • 第5章 系统测试70-80
  • 5.1 实验系统的搭建70-71
  • 5.2 SZ05系列ZigBee模块配置71-76
  • 5.3 组网测试76
  • 5.4 含水量数据后处理76-78
  • 5.5 本章小结78-80
  • 第6章 结论与展望80-82
  • 6.1 结论80
  • 6.2 展望80-82
  • 参考文献82-86
  • 攻读硕士期间已发表的论文86-88
  • 致谢88

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