田間作物在生長(zhǎng)過程中容易受到外界環(huán)境的影響。對(duì)于這些環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)和管理,傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)管理主要是依靠人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷,這種模式存在數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不全面的缺點(diǎn)。隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,通過傳感器對(duì)環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控等先進(jìn)手段組成的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也給農(nóng)業(yè)管理提供了新的管理模式,使農(nóng)業(yè)管理更為精細(xì)化和現(xiàn)代化。因此,本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于Arduino和LabVIEW的田間環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng),旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)影響作物生長(zhǎng)的空氣溫濕度、光照強(qiáng)度和土壤濕度等環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制灌溉作業(yè)等功能。本文的主要內(nèi)容如下:（1）基于Arduino的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。一方面以Arduino開發(fā)板作為節(jié)點(diǎn)的處理器模塊構(gòu)建了系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn);另一方面是在Arduino IDE編譯環(huán)境下為各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中,終端節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和通過接收作業(yè)指令來執(zhí)行灌溉作業(yè)的功能;匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)終端節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的功能;路由節(jié)點(diǎn)用于數(shù)據(jù)的多跳傳輸;網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)則負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的所有節(jié)點(diǎn)和作為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交流的橋梁。（2）基于La... 

【文章來源】：濟(jì)南大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

ArduinoIDE的軟件開發(fā)頁面

?髕鰲⒙酚善骱橢?端設(shè)備[37]。協(xié)調(diào)器主要管理網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備以及負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)地址配置等功能，因此網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器是唯一、不能并存的。路由器主要負(fù)責(zé)信息的轉(zhuǎn)發(fā)，特別是兩個(gè)通信設(shè)備超出通信范圍時(shí)必須依靠路由才能建立數(shù)據(jù)傳輸通道，因此路由也是設(shè)備遠(yuǎn)距離通信的橋梁，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信范圍擴(kuò)增的作用。終端設(shè)備通常只作為終端監(jiān)測(cè)點(diǎn)連接網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，負(fù)責(zé)該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳和對(duì)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送過來的信息進(jìn)行接收。ZigBee網(wǎng)絡(luò)有三種基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型、網(wǎng)狀以及樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋄38]，其示意圖如圖1.3所示。圖1.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)中三種基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種沒有路由器設(shè)備的一對(duì)多通信模式，終端設(shè)備的目標(biāo)父節(jié)點(diǎn)只能是協(xié)調(diào)器，而且終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸也必須通過協(xié)調(diào)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是層層遞進(jìn)的模式，網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)設(shè)備都有其對(duì)應(yīng)的目標(biāo)設(shè)備，而且每一個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸都只能往其綁定的目標(biāo)地址所在的設(shè)備發(fā)送，然后通過這種層層上傳的模式將信息傳輸?shù)阶罱K的設(shè)備。網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中，所有設(shè)備都可以借助其通信范圍內(nèi)的路由器設(shè)備與目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，而當(dāng)某一個(gè)路由器設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)重新尋找新的路由器進(jìn)行通信路線的修復(fù)，從而保證數(shù)據(jù)的正常傳輸[39]，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)保存這條新的網(wǎng)絡(luò)線路，原先經(jīng)過故障路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸會(huì)沿著這個(gè)新的線路進(jìn)行，避免了數(shù)據(jù)無法上傳的情況。三者的優(yōu)缺點(diǎn)如表1.2所示。終端設(shè)備路由器協(xié)調(diào)器（a）星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（b）星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（c）星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

基于Arduino和LabVIEW的田間環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)10個(gè)客戶端軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程灌溉等功能；（5）系統(tǒng)拓展功能。針對(duì)未來系統(tǒng)升級(jí)帶來的監(jiān)測(cè)參數(shù)補(bǔ)充或者刪除等問題，系統(tǒng)需要提供數(shù)據(jù)接口等功能，從而做到適應(yīng)需求變化的效果。2.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以Arduino和LabVIEW為開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)結(jié)合了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)影響田間農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，以及遠(yuǎn)程控制灌溉作業(yè)的功能。通過對(duì)系統(tǒng)的需求分析，設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體構(gòu)架，如圖2.1所示。系統(tǒng)首先采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為終端節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)，接著網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)以串口通信和TCP通信兩種通信方式與客戶端軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后客戶端軟件通過HTTP通信方式將環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至OneNET云端服務(wù)器。用戶可以通過登錄客戶端軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、遠(yuǎn)程控制等相關(guān)操作，或者通過互聯(lián)網(wǎng)訪問OneNET云端服務(wù)應(yīng)用查詢系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況。圖2.1系統(tǒng)總體構(gòu)架終端節(jié)點(diǎn)主要有兩個(gè)功能，分別是采集環(huán)境參數(shù)信息和執(zhí)行灌溉作業(yè)，終端節(jié)點(diǎn)一方面通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將檢測(cè)的環(huán)境參數(shù)如空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤濕度等信息發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，另一方面也通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)來獲取用戶下達(dá)的作業(yè)指令，從而控制繼ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)路由節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)OneNET數(shù)據(jù)庫串口通信TCP空氣溫度土壤濕度光照強(qiáng)度空氣濕度繼電器終端節(jié)點(diǎn)客戶端軟件


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