基于无线传感器的农业环境监测系统 毕业设计

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1、目 录前 言11无线传感器系统概述21.1无线传感器技术21.2 研究背景21.3研究目的21.4研究意义31.5相关概念界定31.6国内外研究现状和发展趋势31.6.1国内外研究现状31.6.2发展趋势42 系统分析和总体设计62.1 对无线传感器系统的要求62.2 系统组成及工作原理62.2.1系统组成62.2.2工作原理63 系统硬件设计83.1上位机系统83.1.1PTR200083.1.2MAX232103.2下位机系统123.2.1微处理器模块123.2.2温湿度传感器SHT11153.2.3 光照传感器TSL2561173.3电源194 系统软件设计224.1 编程思路及流程图2

2、24.1.1PTR2000思路：224.1.2SHT11思路：224.1.3TSL2561思路：23结 论24致 谢25参考文献26附录A硬件电路图27附录B部分程序29SHT11程序代码29TSL2561程序代码38PTR2000程序代码42前 言 我国是世界上设施栽培面积最大的国家，而且近几年国产连栋温室每年以新增100150万公顷的面积快速发展。引导温室用户根据作物的要求进行环境因子的调节以获得作物产量和品质的提高，是温室环境因子调控决策支持系统的主要目标和方向。然而，目前的温室测控系统大多采用有线布网、人工测量，导致现场安装困难，工作效率偏低，测量精度差，这不仅大大增加了电气工程施工费

3、用，也导致施肥等工作困难；此外，系统中的每个监控点没有自组织功能和自愈能力，维护工作量大，也不利于系统升级。因此，为了实现温室农作物的优质、高产和高效，开发和研制一种新型的温室环境测控系统是十分必要的。 无线传感器网络技术是现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科的综合。把无线传感器刚络技术引入到温室大棚生产中来，农业将有可能逐渐地从以人力为中心，依赖于孤立的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式。从而实现温室信息采集自动部署、自组织传输和智能控制、大幅度提高单位面积的劳动生产率和资源产出率、改善温室等设施内工作环境和工作条件、提高工作效率、保障农民

4、身体健康、提高农民生活质量，有助于解决“三农”问题，对实现温室作物生产的可持续发展具有重要意义。传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术进步，推动了具有现代意义的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)的产生和发展。无线传感器网络由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者“1。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。无线传感器网络具有十分广阔的应用前景田，在军事、国防、工农业、环境监测、城市交通、医疗卫生、智能家

5、居、空间探索、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程检测等许多领域都有重要的研究价值和巨大的实用价值，已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注，被认为是将对二十一世纪产生巨大影响力的技术之一。环境监测系统是无线传感网络的典型应用。传感器网络具有一些显著的特点：只需要部署一次，减少了人为因素对环境的影响；节点数量庞大，可以得到更丰富的采集数据：具备通信能力，可以协同工作等。这些特点使得基于无线传感网络的环境监测系统优于传统的环境监测系统，具有越来越广泛的应用前景。目前，传感器网络在军事、民用和学术届等许多领域的研究都取得了重大的进展。国外一些主要的研究项目及研究内容。国内，包括国家自

6、然基金及各大高校、研究所也都对无线传感器网络投入了研究。 1无线传感器系统概述1.1无线传感器技术 无线传感器网络是由部署在监测区域内部或附近的大量廉价的、具有通信、感测及计算能力的微型传感器节点通过自组织构成的“智能”测控网络。无线传感器网络在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物监测、空间探索等领域有着广阔的应用前景和巨大的应用价值，被认为是未来改变世界的十大技术之一、全球未来四大高技术产业之一。 1.2 研究背景 随着无线技术的快速发展和日趋成熟，无线通信也发展到一定的阶段，其发展的技术越来越成熟，方向也越来越多，越来越重要，大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通

7、信。 微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展，使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。这样的节点配合各类型的传感器，可组成无线传感器网络（WSN）。无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大、更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一，因此，它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进，需要精心设计的软硬件系统，以使其可靠而耐用。 2003年,美国技术评论杂志论述未来新兴十大

8、技术时,WSN被列为第一;美国今日防务杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一2。低功耗无线传感模块，便是组成无线传感网络的节点。此方面的研究由来已久，是计算机应用的扩展，采用了大规模集成电路和嵌入式技术，使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高， 有的性能高但是功耗太大。 因此，在无线传感技术应用如此广泛的今天，在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。1.3研究

9、目的当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段，低功耗就是其发展方向之一，而低功耗与高性能的结合实现还不完全。因此，为了更好的实现无线传感模块的功能，增加模块的可靠性和使用寿命，通过对无线传感节点的硬件功耗的分析，确定无线传感模块各单元的基本功率消耗，并进行相应比较，确定需重点降耗的单元，在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究，通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。并辅助软件开发人员完成各子模块的驱动编写，实现低功耗无线传感模块的整体通信功能。1.4研究意义 无线传感网络是一种开创了新应用领域的新兴概念和技术。当前，传感技术、传感网络已经被认定为最

10、重要的研究之一。无线传感器网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障。低功耗无线传感模块研究具有极其重要的学习和研究价值，其功能的实现具有极其重要的理论和现实意义。首先，现有的众多研究中，将性能和低功耗相结合的较少，有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。本文综合了性能和低功耗的共同需求，经过深入的分析和对芯片的数据比较，提出了低功耗无线传感模块的硬件设计思路。其次，增加无线传感模块的应用。无线传感模块应用已非常广泛，除去组成无线传感网络的应用外，无线传感技术还广泛的应用于环境监测，如车间温湿度、压力等；短距无线通信等。实现了无线传感模块的低功耗，其对电能的需求就会更小，应用的范

11、围将会进一步的扩大。1.5相关概念界定 无线传感模块：是指由处理器模块、无线模块、电源模块和传感模块组成的无线通信自治系统，它采用一定的频率和编码方法实现与其它模块的通信，属于无线技术的一种。 无线传感网络WSN（Wireless Sensor Network）: 是由部署在监测区域内大量的具有信息采集、数据处理和无线通信能力的微小传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息，并发送给观测者3。 PCB:是Printed Circuit Board的缩写，中文意为印刷电路板，是搭配电子零件之前的基板，被誉为“电子系统产品之