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物聯網相關專科畢業論文開題報告,與基于物聯網技術的精準灌溉農業系統應用框架相關論文答辯

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摘 要:在農作物種植中,農作物的灌溉狀況決定了農作物的生長情況,是保質保量的一個重要因素.針對傳統的根據經驗判斷農作物的缺水狀況,提出一種基于ZigBee物聯網技術的精準灌溉農業系統的應用框架,能實時監測到農作物的缺水情況,進行合理與精準的灌溉.該框架由傳感層、傳輸層、應用層三部分構成.將結合農業灌溉的實際情況.從系統總框架、軟件設計、硬件通信進行闡述.

關 鍵 詞:物聯網;ZigBee技術;農業精準灌溉系統

0引言

物聯網是近年来新興的一種信息技術,它被認為是繼計算機、互聯網技術后一次新的技術革命.針對在傳統的農業種植中,人們獲取農田信息主要是通過人工測量,做出決策一般依賴的是經驗管理.這種粗放的管理方式極大地阻礙了農業的發展.對農產品產量與質量的提高都有一 約的作用,缺乏精確性.人們嘗試將物聯網技術應用于農業中.在文獻[1]中,采用了物聯網技術對農業中病蟲害進行監測.在文獻[2]中,采用了物聯網監控農田環境來為精準灌溉系統提供決策支持.它將傳感網絡采集的農田的溫濕度和光照強度等參數傳人互聯網,應用層通過分析農田各參數之間的關系,找到一個優化的灌溉方案.

目前,物聯網技術在農業中的應用是將大量的傳感器節點構成監控網絡,通過各種傳感器采集信息后傳輸給應用層的管理中心,管理中心對采集的數據進行处理.人們通過采集的數據了解農作物的生長情況.一旦數據出現異常,可以通過傳感網絡里的節點來定位,找出異常點,實現精確定位,具有比較強的實時性.因此,物聯網技術在農業中的具体應用有望為農業帶來劃時代的變革.

以ZigBee無線通信技術和物聯網為基礎,文章提出了一種精準灌溉農業系統的框架.它通過布置在田間的傳感器節點來采集數據,根據采集的數據來分析田間農作物的生長狀況,及时反饋農作物信息,體現了實時性.根據田間傳感節點的布置位置生成一個田間模擬圖.由模擬圖上的節點來設置灌溉的區域與灌溉的時間,體現了精準性.

1物聯網與ZigBee技術

1.1物聯網

物聯網的概念是首先由美國麻省理工學院提出的,認為物聯網是將所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來,實現智能化識別和管理的網絡.物聯網相對于互聯網來說,重心在物,它是“物物相連的互聯網絡”.這闡述了兩層意思:①物聯網的核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡;②其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間.進行信息交換和通信.

物聯網的體系結構按照功能劃分可以分為三層:傳感網絡層、傳輸網絡層、應用網絡層.傳感網絡層主要由帶有一系列傳感器的節點组成,這些節點被部署在監測區域內,負責信息的識別和采集.然后將采集的數據通過無線信道進行傳輸,通過多跳路由到基站,再由網關連接到外部網絡.傳輸網絡層主要是指由互聯網、廣電網、通信網或下一代網絡對來自傳感網絡的數據進行傳輸和分析处理.保證傳感網絡中采集的數據能進行安全無誤的傳輸,為應用層提供服務.應用網絡層主要指用于操作的輸入輸出控制終端.通過诸如電腦、手機等終端來觀測、監控物體的情況.物聯網的处理流程是在傳感網絡收集信息后,通過傳輸網絡傳輸到管理中心,由管理中心進行信息的分析與处理,然后提供給應用終端進行使用.

1,2ZigBee技術

ZigBee技術是一組基于IEEE802.15.4無線標準研制開發的有關組網、安全和應用軟件方面的通信技術.它是一種短距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線網絡技術.相對于其他無線網絡技術,ZigBee技術可以大大節約成本,提供可靠性.

基于物聯網技術的精準灌溉農業系統應用框架參考屬性評定
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畢業論文開題報告: 文獻綜述、論文總結 職稱論文適用: 刊物發表、中級職稱
所屬大學生專業類別: 寫作資料 論文題目推薦度: 優質選題

2系統總框架

本系統總框架由圖1所示,本系統框架的網絡可以劃為傳感器網絡、通信網絡、應用網絡三個部分.傳感器網絡包括了帶有傳感器及無線發射模塊的終端設備,ZigBee無線路由器與協調器.無線傳感網絡中節點附帶的各種傳感器用于獲取周圍環境的信息,诸如電壓、電流、水位、水壓等.傳感器網絡與通信網絡之間采用ZigBee技術進行消息的發送與接收.通過串口連接協調器與上位機,實現通信控制的功能.在應用網絡中,遠程服務中心用于遠程管理與查看所有農田的狀況,田間管理中心用于管理員對自己管轄的農田進行狀態查看與灌溉操作.該系統的設計滿足了物聯網體系三層結構,保證數據的采集、傳輸與处理,實現軟硬件之間的通信控制.它能實現搭建的無線傳感網絡的數據采集、數據处理、數據傳輸的功能.

3軟件設計

軟件設計分為兩部分:田間管理中心與遠程服務中心.

3.1田間管理中心

田間管理中心主要是為田間某個獨立灌溉系統配套的ZigBee無線系統軟件,它是灌溉自動化系統的現場人機操作站.它主要包括了四個模塊.

(1)地圖繪制模塊

地圖繪制模塊主要用于兩種情況,一是調入特定的地圖來顯示田間布局情況,二是根据实際需要繪制田間的布局情況.當在田間部署好帶有傳感器的節點、路由、閥門控制器等設備后,可以根據田間的形狀以及節點部署的位置來繪制一個田間的模擬圖.當用戶想要對某塊區域進行灌溉時,只需選擇區域附近的節點進行命令下發,實現精確的定位.它能根據模擬圖與真實田間的比例關系來設定灌溉的區域與時間.通過定位到節點,以節點中心,設置灌溉區域的參數,實現按量與精準灌溉.


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(2)電磁閥管理模塊

此模塊主要是電磁閥的時序控制與電磁閥狀態的管理.時序控制包括了兩個方面

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物聯網相關論文例文
:一是單個電磁閥的隨機控制,二是整個灌溉系統的編制輪灌控制.

單個電磁閥的隨機控制指可以任意選擇控制的電磁閥進行操作.控制節點通過對灌溉閥的操作來控制電磁閥的開關狀態.根據電磁閥的狀態,發送命令到無線通信模塊,進行噴灌閥的噴灌操作.

編制輪灌主要是指將整個系統的電磁閥分組,設定每組的輪灌開始和結束的具体時間.通過選擇輪灌時間連續的組,實現連續噴灌.在輪灌期間用戶可以查看已經編制的分組和正在執行輪灌的系統狀態,而且用戶可以取消正在執行的輪灌作業任務.(3)信息管理模塊

信息管理模塊主要包括電磁閥狀態信息管理、土壤水分以及田間氣象信息管理、電壓、電流、水位、水壓數據信息管理.其中對電磁閥的狀態信息管理是指對電磁閥的狀態信息進行收集、顯示、存儲.出現錯誤能即時報警.土壤水分以及田間氣象信息管理是能實現土壤水分以及田間氣象數據采集時間的遠程設定,實時采集、實時顯示,分析與存儲土壤水分以及田間氣象數據.電壓、電流、水位、水壓數據信息管理是指能監測電壓、電流、水位、水壓的實時數據,能設定各自的報警數值.

(4)通信管理模塊

該模塊主要是與遠程服務中心交換數據,能執行遠程服務中心向田間管理中心發布的指令.它能管理用戶信息和網絡通信,實現與無線模塊的通信.

3.2遠程服務中心

遠程服務中心主要用于管理員遠程監管所有的農田,查看農田中設備的運行情況.根據管理的對象不同.可以劃分為以下三個模塊.


本篇論文來源:http://www.fyvslh.live/benkelunwen/060287172.html

(1)設備管理模塊

該模塊是用于匯總、顯示、存儲全部項目點的網絡通信管理、電磁閥管理、信息管理等,用于提供一個全局的視圖.

(2)項目點管理模塊

在遠程服務中心.每個田間管理中心是作为其所管轄農田區域的一個項目點.項目管理模塊用于管理所有的項目點,包括項目點的添加、修改與查詢.

(3)權限管理模塊

項目點根據所處區域的不同,對不同區域的用戶規定了查看的項目點的范圍.不同身份的用戶分配了不同的權限,用戶在第一次登錄界面后會顯示所有項目點,但是用戶只能進入有權限的項目查看項目信息.

4硬件通信

系統硬件部分采用了ZizBee技術實現信息的無線傳輸,系統研究的ZigBee網絡就是由一個協調器以及多個路由器和多個終端設備组成.

4.1通信實現流程

在系統中,通信是一個雙向的過程,即命令的下發與消息的接收.通信的實現要保證上位機接收來自各個ZigBee節點的信息,同時上位機也能下發控制命令.

實現通信由兩部分组成:①上位機與ZigBee節點的通信;②上位機與終端設備(例如閥門控制器)的通信.其中上位機與終端設備的通信必须經過ZigBee節點作为 進行傳輸.因此由上位機進行終端設備的操作,首先要將上位機要下載的數據打包到Zigbee通信包中.然后由ZigBee節點通過串口傳給終端設備,通過分析处理通信包后操作終端設備.

4.2數據結構

在通信過程中,數據是以幀來進行傳輸.幀包含:幀頭+長度+設備類型+地址+數據+幀尾.本系統中,幀數據類型根據系統需要主要分為五種:①C0:節點發送數據;②C1:節點接收數據;③C2:節點異常;④C3:節點喚醒;⑤C4:節點模式切換.

系統根據下發的不同命令,使用不同的幀來進行通信,實現控制的功能.其中閥門控制器內部的控制流程如圖2所示.

4.3串口通信

串口通信是實現上位機與終端設備之間必不可少的環節.串口通信由上位機下發串口數據,數據再由ZigBee網絡下發到相應的節點.在通信過程中,整個數據命令分為兩大部分:一部分是ZigBee網絡控制命令,另一部分是終端設備的命令.它使用ZigBee串口輸出命令.ZigBee節點通過串口,把需要的命令轉發給終端設備,例如閥門控制器中的開閥,關閥,查詢狀態等命令.串口通信的通信圖如圖3所示.

其中,串口數據采用&#

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