基于GPRS与ZigBee的果园环境监测与决策支持系统本科毕业设计.docx

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基于GPRS与ZigBee的果园环境监测与决策支持系统本科毕业设计

本科毕业设计

基于GPRS与ZigBee的果园环境监测与决策支持系统

摘要

随着传感器、无线通信、嵌入式系统等技术的发展，在宽带移动通信、下一代网络和云计算等技术的支撑下，物联网己经广泛应用在仓储物流、智能电网、公共安防、智能楼宇等领域，因其巨大的应用前景得到各国政府的重视，视为继计算机互联网与移动通信网络之后的第三次信息化浪潮。

作为连接感知网络与传统通信网络/互联网的桥梁，物联网网关在物联网应用中起到极为重要的角色，在网络架构上有利于现有的通信网络/互联网与感知网络的无缝融合，在应用模式上有利于对传感器网络和感知节点的管理和控制。

结合物联网典型应用场景和电信运营商的应用需求，提出了一个基于ZigBee/GPRS的物联网网关系统，实现了传感网与电信网络之间的数据传送、不同类型感知网络之间的协议转换，以及对传感器网络的部分管理控制功能。

最后，给出原型系统的实现技术和系统验证。

本文首先介绍了ZigBee,GPRS技术的概念及其协议架构，然后介绍了ZigBee-GPRS网关的设计与实现、远程无线传感器网络节点的硬件及其软件的设计方法，进而完成ZigBee与GPRS融合组网。

ZigBee传感器节点采用CC2530作为无线数据收发芯片。

GPRS模块采用ComWay模块。

用户通过操作终端进行远程测控，可获取ZigBee无线传感器网络内部各节点的传感信息。

与类似系统相比，本系统实现简单，功能完善，具备实际推广价值。

文中最后对本无线传感器网络进行了测试，试验表明所研发的无线传感器网络具有较好的远程监测性、扩展性和移植性，可实现远程无线传感监测功能。

关键词：

物联网无线传感网ZigBee以太网GPRS

OrchardenvironmentalmonitoringanddecisionsupportsystembasedonGPRSandZigBee

ChenShuRong

（CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China）

Abstract:

Underthesupportofbroadbandmobilecommunication.Nextgenerationnetworkandcloudcomputing.InternetofThings（IOT）hasbeenwidelyusedinwarehouses,SmartGrids,publicsecurity,intelligentbuildingsandsoon.Alongwiththedevelopmentofsensors,wirelesscommunicationandembeddedsystems.Becauseofitshugeprospectinpublicapplications,InternetofThingshasbeenpaidspecialattentionbygovernmentsallovertheworld,viewedasthethirdwaveofinformationtechnologyfollowingInternetandmobilenetwork.Asthebridgebetweensensornetworkandtraditionalcommunicationnetwork/Internet,IOTgatewayplaysanimportantroleinIOTapplications.IOTgatewayisusedforseamlessintegrationofsensornetworksandInternet/telecommunicationnetworks,alsofacilitatesthecontrolandmanagementofsensornetworksandsensornodes.Inthispaper,weproposeanIOTgatewaysystembasedonZigBeeandGPRSprotocolsaccordingtothetypicalnetworkingscenariosandapplicationrequirementsoftelecomoperators;enablethedatatransmissionbetweensensornetworksandtelecommunicationsnetwork,protocolconversionofdifferentsensornetworkprotocolsandsomecontrolfunctionsofsensornetwork;andfinallygivetheimplementationdetailsoftheprototypesystemandperformanceevaluation.

Thispaperfirstlyintroducestheconceptandtheframeworkagreement,ofZigBeeandGPRStechnology,andthenintroducesZigBee-GPRSgateway'sdesignandimplementation,andremotewirelesssensornetworknodeofthehardwareandthemethodofsoftwaredesign,afterthataccomplishZigBeeandGPRSfusionnetworking.ThenodeofZigBeesensorusesCC2530asawirelessdatatransceiverchip.GPRSmoduleusesComWaymodule.Theusercanremotecontrolviaterminaloperation,andthenitcanobtainthesensorinformationofeachinternanodeofZigBeewirelesssensornetwork.Comparedwithasimilarsystem,thissystemhasthesimpleimplementationandstrongmaneuverabilityandperfectfunctionandtheactualvalueofpopularization.Thefinaltestshowsthatthewirelesssensornetworkhasverygoodremotemonitoringsex,scalability,andportability,Whichenablesremotemonitoringwirelesssensor.

Keywords:

IOTWSNZigBeeEthernetGPRS

华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表

1前言

1.1课题研究的依据和意义

1.1.1选题的依据

我国是一个农业大国，果树种植具有地域分布广泛、环境因子不确定等特点，传统的果树种植业一般是靠果农的经验来定性地估计各种环境因子，无法对生产过程中的各种环境信息进行精确测量，实现最优化生产；另一方面，由于果树种植的区域性特点比较强，不能有效进行环境因子的搜集，难于进行统一集中管理。

果园环境监测系统，可以对果园果树生长环境土壤温湿度、空气温湿度、光照等必要参数的监测及相关问题的研究。

一方面减轻了果农的劳动强度，为环境参数的调节提供可靠地依据，另一方面为果树生长的研究提供精确的数据，对果品提高有着重要的作用。

果园采用环境监测系统，进行综合环境监控和调节，可以最大程度创造果树适宜的生长环境，提高水果的产量和质量。

既增加果农的经济收入，又满足人们对水果数量、质量的需求。

实现果园环境的自动化监测对解决农业领域存在的问题，尽快推进我国设施农业的规模化和产业化，走农业可持续发展的道路有着重要意义。

作物正常的生命活动需要一定的环境条件，果树也同样如此。

分析环境参数对果树的影响及其相互关系，为果树的生长、开花、结果等创造出更适宜的环境条件就尤为重要。

适宜的环境条件不仅直接关系到果树本身的生长状况，而且影响到果农关心的果实的产量和品质。

影响果树生长的主要环境参数有土壤养分、土壤湿度、温度、光照强度、气候条件等。

为了能使果树达到高产高质，必须要对这些环境参数进行精确的检测和综合的调控。

果园环境信息监测系统的设计对实现果树管理的现代化、精细化有着非常重要的意义。

1.1.2农业监测控制的必要性

当前，不少果园由于缺少一套合理的果园灌溉策略，以至在确定合适的灌水时间和水量时，往往带有较大的盲目性，或灌得太多，或灌得太少；或者灌得太早，或者灌得太晚，与推行作物节水高产灌溉制度有较大的偏差，导致水资源的浪费和不合理利用。

因此，开展节水农业研究，合理利用有限水资源，依据果园环境信息、土壤墒情、作物旱情和渠道工程实际，进行渠系的优化调配，切实地作好渠系引水、输水、配水和田间灌水。

根据灌区特点实行计划用水与非充分灌溉（限额灌溉），即按作物水分生产函数与作物需水规律来调配水量，以求单位水量最大的经济效益。

实施节水型的灌溉农业，这是事关我国农业持续发展乃至国民经济持续发展的一项带战略性的根本大事，也是提高农业用水利用率，解决西北地区水问题的有效途径。

1.2国内外课题研究现状

1.2.1国外的发展与现状

在一些设施农业发达的国家，其环境测控仪器起步较早，发展也较快。

在美国、以色列、荷兰、日本、韩国、加拿大、英国、法国等设施农业相对发达的国家中，智能化环境测控技术已经得到了广泛的普及和应用。

美国现在大部分果园、农场装备了环境控制计算机，采用专家系统对环境进行调节，创造出适宜作物生长的条件。

美国Dasibi公司研制的Dasibi-1000系列环境空气系统专门用于对空气中的主要污染物进行测量。

RehardD.Driveretal（1999）设计了一个在线实时监测系统，用于检测工业加工过程中硫和氮的浓度，给工厂工作环境安全带来一定的保障。

这已经在生产中发挥了积极的作用，取得了显著的经济效益。

在高度发达的工业化影响下，荷兰农业也具有了高度工业化的特征。

作物环境温度、光照、湿度等都采用智能控制系统进行测控，同时也对作物生长情况进行计算机监控。

荷兰开发的温室计算机控制系统是通过人机交互界面进行参数设置和必要信息的显示，可绘制出设定参数曲线、修正值曲线以及测量的数据曲线，可以从数据库内调出设定的时间段内参数以便于必要的数据查询，并能直接对计算机串行口进行操作，完成上位机与下位机之间的通信。

上位机软件集参数设置、信息显示、控制等功能于一体，同时还能够很好地完成灌溉和气候的控制和管理。

欧洲环保局已经建立了欧洲环境信息和观测网，各参加国之间的合作是依靠电子网络来实现的。

它的主要目标是为欧洲环保局收集资料、数据，以便于欧洲环保局能对欧洲环境的现状及其发展趋势作出及时和准确的判断。

向欧共体及其成员国有关欧洲环境的客观、可靠和可比较的信息，使各国能够采取必要