温室植物生长光照强度监控系统的设计协调器及上位机(附件)
当今电子与网络技术发展迅猛，物联网技术这门新兴技术也应运而生，农业监测技术在这样的背景下迅速发展。实现更加高产的培养农作物是当务之急，与此同时伴随着Zigbee技术的兴起，短距离无线通信是当前在无线传感技术领域被受到追捧的一种无线通信方式。植物生长环境参数中主要的是土壤温湿度和光照，本子课题是基于物联网的光照检测和温湿度，及自然光调节无法达到要求情况下的补光控制，通过学习ZigBee无线传感网络原理及其应用，把无线监控技术应用于现代温室栽培之中，以此作为温室光照监控系统的切入点。通过pc端上位机控制各个节点，让无线监控科学技术为现代农业的高效生产做出实际的价值。课题涉及上位机设计，无线传感网、无线、有线通信等技术。关键词 Zigbee，CC2530，光照检测，上位机，数据库
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国外研究概况 1
1.3 国内研究状况 2
1.4 本文主要任务和研究工作 2
2 重点技术解析 2
2.1 光照强度对植物生长的影响 2
2.2 不同植物所需光照量的分析 3
2.3 无线传感网络的支撑技术 3
2.4 OLED12864显示 6
3 系统总设计 6
4 协调器节点的硬件设计 7
4.1 各个模块介绍 8
4.2 LCD显示设计 9
5 协调器组网设计 11
6 系统软件设计 13
6.1 上位机设计 13
6.2 数据库设计 15
7 系统测试与结果分析 16
7.1 协调器节点测试 16
7.2 pc机端上位机测试 18
7.3 数据库查询 20
8 技术难点与不足 20
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附录A 25
附录B 26
1 绪论
1.1 研究背景与意义
随着国民经济的快速发展，人们开始关注农业方面，特别是温室栽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
培方面的研究，而且温室也成为现代化农业的一部分。当代农业生产中一个不可少的东西就是对农业生产中的某些重要参数进行监控。绝大多数的温室大棚内的生长参数的监控都是人工管理的。而当今许多因素造成了现代化农业发展阻塞，比如集体化成都低，栽培技术落后，工人经验欠缺以及技术落后等，现在的当务之急就是形成科学、合理、有效地口控制温室内的光照量。目前，伴随着蔬菜大棚的快速增加，人们对蔬菜表现的需求越来越高。尤其是以提高生产效率为目的，相应的温室里的自动化程度也在不断增加。 由于微控制器和各种电子设备的成本在降低，使得性价比越来越高，这些使得规模化发展已成为可能。 目前，大部分农业大棚都是中小型的，为了在温室栽培中加入自动控制的技术，这些就不得不要去考虑成本，对于这个因素，设计研发了能满足农户需要的系统设备，本子系统软件（上位机）和硬件（zigbee）技术相结合实现光照采集的监控。
1.2 国外研究概况
国外在温室环境控制方面的应用开始70年代。现在世界上各个国家对于温室控制十分看重，对这方面的技术研发资金投入比也在逐渐的增加，一些国家已经在高度自动化的基础上实现了把自动化形式和无人化形式相结合的方式。美国早就研发出了通过此类设施来栽培的技术，在综合环境控制方面，美国的技术也非常的高。计算机技术在温室方面的用途主要是监测和控制温室环境，比如光照值，温度值和湿度值的监控。荷兰是从20世纪80年代初期就开始在园艺业全面使用温室计算机自动控制系统的国家，并且一直在开发计算机上的模拟控制软件，温室计算机控制系统主要是通过人与计算机交互设置参数和显示当前温室内一些必要的信息，根据曲线可以映射到设置参数，修改曲线和实测曲线数据，可以在数据库里面设定出时间段，便于进行必要的数据查询，并且可以直接在电脑串口上操作，以完成上位机与下位机之间的通讯，同时也能完成温室灌溉和气候控制管理。另外，国外的温室行业同时向着高科学技方向发展，各种相关的科技已渐渐使用于温室的监控当中。
1.3 国内研究状况
早期我国作为比较大的农业国家，然而我国不太重视温室大棚的发展，其研究的时间还比较晚，始于80年代。我们国家的科研人员在以自己研发和借鉴西方发达国家的温室控制技术的形势下，才渐渐掌握了温室监测技术的要领。随后我国在这方面技术进步很快，先后以20世纪从美英等国家购进连栋温床技术，90年代初大型温室发展进入瓶颈期，随后快速跌入了低谷，“九五”期间进口以色列温室技术，1995年，北京农大顺利研发了温室参数监控后端管理系统，取得了重大的突破。由于我国当时的水平还很低,特别是在光照控制方面的技术较少,从而限制了温室控制技术的发展。
现在我国温室发展的速度还是比较快的，已经逐渐追上了国外众多国家，甚至在一些技术方面还处于领先水平，在郊区随处可见的是大面积的温床和应用于温床上先进的技术。同时政府对于这方面也是大力的支持，相关的扶助政策也是普民惠民。
1.4 本文主要任务和研究工作
翻阅相关的文献和资料,学习无线传感器网络的理论知识，从研究光照控制开始，从而学习zigbee的理论知识，接着尝试了解当今农业栽培中有哪些关于无线传感网的应用,开发基于zigbee无线传感器网络技术的温室植物光照监控系统,完成任务书中相关的要求，绘制出系统开发流程图，软硬件开发功能与算法，应用前景预测等，完成由传感器到协调器再到控制端整个系统的开发。通过实际的现场测试来检验系统的可应用程度，包括实际的可行性，功耗，成本等。从而给与本系统的较好的应用前景。
2 重点技术解析
2.1 光照强度对植物生长的影响
众所周知光照是植物生长的重要因素，但是对于不同的植物而言，光照值的大小程度对植物的生长起到的作用也不尽相同，有的需要强光，有的需要弱光，还有点需要中性光，所以对于培养人员来说要选择适合植物生长的光照值，这样才有利于植物的生长。才能使植物生长的好，产量多。根据生物学当中，在植物的种子生长阶段，主要是把各类的糖分转换为蛋白质，淀粉，脂肪等有机物质，然后把这些物质积累在子叶和胚乳中。而对于这些物质只有光合作用才能产生，所以说种子内这些物质的积累直接受到光照强度的影响。随着种子的生长到达种子的萌芽过程，在这个阶段大多数的种子对于光照没有特殊的需要，这类种子成为嫌光种子，只要满足适当的水分，营养就行了，但是也有少部分的种子萌发还是需要依赖光照，需要光的称作需光种子。而根据植物生长的特性，我们知道，不同波长的光对种子的萌发和生长的影响也是不同的，其中影响较大的是红光、远光以及蓝色光，这主要是因为种子内部的光敏色素影响其发育生长。于是，人工在光照度补偿过程中要补偿蓝红色的光才能更好的是植物生长。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国外研究概况 1
1.3 国内研究状况 2
1.4 本文主要任务和研究工作 2
2 重点技术解析 2
2.1 光照强度对植物生长的影响 2
2.2 不同植物所需光照量的分析 3
2.3 无线传感网络的支撑技术 3
2.4 OLED12864显示 6
3 系统总设计 6
4 协调器节点的硬件设计 7
4.1 各个模块介绍 8
4.2 LCD显示设计 9
5 协调器组网设计 11
6 系统软件设计 13
6.1 上位机设计 13
6.2 数据库设计 15
7 系统测试与结果分析 16
7.1 协调器节点测试 16
7.2 pc机端上位机测试 18
7.3 数据库查询 20
8 技术难点与不足 20
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附录A 25
附录B 26
1 绪论
1.1 研究背景与意义
随着国民经济的快速发展，人们开始关注农业方面，特别是温室栽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
培方面的研究，而且温室也成为现代化农业的一部分。当代农业生产中一个不可少的东西就是对农业生产中的某些重要参数进行监控。绝大多数的温室大棚内的生长参数的监控都是人工管理的。而当今许多因素造成了现代化农业发展阻塞，比如集体化成都低，栽培技术落后，工人经验欠缺以及技术落后等，现在的当务之急就是形成科学、合理、有效地口控制温室内的光照量。目前，伴随着蔬菜大棚的快速增加，人们对蔬菜表现的需求越来越高。尤其是以提高生产效率为目的，相应的温室里的自动化程度也在不断增加。 由于微控制器和各种电子设备的成本在降低，使得性价比越来越高，这些使得规模化发展已成为可能。 目前，大部分农业大棚都是中小型的，为了在温室栽培中加入自动控制的技术，这些就不得不要去考虑成本，对于这个因素，设计研发了能满足农户需要的系统设备，本子系统软件（上位机）和硬件（zigbee）技术相结合实现光照采集的监控。
1.2 国外研究概况
国外在温室环境控制方面的应用开始70年代。现在世界上各个国家对于温室控制十分看重，对这方面的技术研发资金投入比也在逐渐的增加，一些国家已经在高度自动化的基础上实现了把自动化形式和无人化形式相结合的方式。美国早就研发出了通过此类设施来栽培的技术，在综合环境控制方面，美国的技术也非常的高。计算机技术在温室方面的用途主要是监测和控制温室环境，比如光照值，温度值和湿度值的监控。荷兰是从20世纪80年代初期就开始在园艺业全面使用温室计算机自动控制系统的国家，并且一直在开发计算机上的模拟控制软件，温室计算机控制系统主要是通过人与计算机交互设置参数和显示当前温室内一些必要的信息，根据曲线可以映射到设置参数，修改曲线和实测曲线数据，可以在数据库里面设定出时间段，便于进行必要的数据查询，并且可以直接在电脑串口上操作，以完成上位机与下位机之间的通讯，同时也能完成温室灌溉和气候控制管理。另外，国外的温室行业同时向着高科学技方向发展，各种相关的科技已渐渐使用于温室的监控当中。
1.3 国内研究状况
早期我国作为比较大的农业国家，然而我国不太重视温室大棚的发展，其研究的时间还比较晚，始于80年代。我们国家的科研人员在以自己研发和借鉴西方发达国家的温室控制技术的形势下，才渐渐掌握了温室监测技术的要领。随后我国在这方面技术进步很快，先后以20世纪从美英等国家购进连栋温床技术，90年代初大型温室发展进入瓶颈期，随后快速跌入了低谷，“九五”期间进口以色列温室技术，1995年，北京农大顺利研发了温室参数监控后端管理系统，取得了重大的突破。由于我国当时的水平还很低,特别是在光照控制方面的技术较少,从而限制了温室控制技术的发展。
现在我国温室发展的速度还是比较快的，已经逐渐追上了国外众多国家，甚至在一些技术方面还处于领先水平，在郊区随处可见的是大面积的温床和应用于温床上先进的技术。同时政府对于这方面也是大力的支持，相关的扶助政策也是普民惠民。
1.4 本文主要任务和研究工作
翻阅相关的文献和资料,学习无线传感器网络的理论知识，从研究光照控制开始，从而学习zigbee的理论知识，接着尝试了解当今农业栽培中有哪些关于无线传感网的应用,开发基于zigbee无线传感器网络技术的温室植物光照监控系统,完成任务书中相关的要求，绘制出系统开发流程图，软硬件开发功能与算法，应用前景预测等，完成由传感器到协调器再到控制端整个系统的开发。通过实际的现场测试来检验系统的可应用程度，包括实际的可行性，功耗，成本等。从而给与本系统的较好的应用前景。
2 重点技术解析
2.1 光照强度对植物生长的影响
众所周知光照是植物生长的重要因素，但是对于不同的植物而言，光照值的大小程度对植物的生长起到的作用也不尽相同，有的需要强光，有的需要弱光，还有点需要中性光，所以对于培养人员来说要选择适合植物生长的光照值，这样才有利于植物的生长。才能使植物生长的好，产量多。根据生物学当中，在植物的种子生长阶段，主要是把各类的糖分转换为蛋白质，淀粉，脂肪等有机物质，然后把这些物质积累在子叶和胚乳中。而对于这些物质只有光合作用才能产生，所以说种子内这些物质的积累直接受到光照强度的影响。随着种子的生长到达种子的萌芽过程，在这个阶段大多数的种子对于光照没有特殊的需要，这类种子成为嫌光种子，只要满足适当的水分，营养就行了，但是也有少部分的种子萌发还是需要依赖光照，需要光的称作需光种子。而根据植物生长的特性，我们知道，不同波长的光对种子的萌发和生长的影响也是不同的，其中影响较大的是红光、远光以及蓝色光，这主要是因为种子内部的光敏色素影响其发育生长。于是，人工在光照度补偿过程中要补偿蓝红色的光才能更好的是植物生长。
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