wsn的猪舍环境监控系统上位机子系统(附件)
摘 要：随着生猪养殖的规模化，猪舍环境对于猪的健康以及猪肉产量与质量显得至关重要，猪舍的环境监测问题也受到国内外的广泛重视。为了更高效地监测与管理猪舍环境，提出了基于Zigbee的养殖环境无线传感网络（WSN）监测系统。该系统以CC2430为核心芯片，通过安装在猪舍内的传感器采集环境参数，如温度、湿度、氨气浓度等信息，经无线通讯传送至上位机，由上位机监测软件直接显示猪舍环境参数，并依据养殖场环境要求及时发送控制命令，调控养殖环境。调试结果表明，系统方案可行，满足系统控制要求。关键词：WSN，猪舍环境，监测，CC2430，上位机系统目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本课题研究的主要内容 2
2 Zigbee协议 2
2.1 Zigbee介绍 2
2.2 Zigbee的优点 3
2.3 Zigbee的协议层结构和功能 3
2.4 Zigbee的网络类型 4
3 系统硬件选型和软件设计 6
3.1 系统拓扑 6
3.2 系统的功能结构 6
4 串口通信 8
4.1 串口通信概念 8
4.2 串口通信特点 9
4.3 数据帧格式设置 9
5 系统监测软件与硬件的实现 10
5.1 系统监测软件的实现 10
5.2 Qt程序设计 12
5.3 Qt数据库设计 14
5.4 系统移植 15
5.5 硬件选择 17
6 功能模块设计 17
6.1 数据显示模块 17
6.2 参数设置模块 17
6.3 用户管理模块 18
6.4 控制模块 19
7 系统调试 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1 课题的研究背景
中国是养猪、猪肉生产的第一大国，随着经济发展，国民肉类消费种类也趋向于多样化，但是国内肉类消费中猪肉消费
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17
6.3 用户管理模块 18
6.4 控制模块 19
7 系统调试 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1 课题的研究背景
中国是养猪、猪肉生产的第一大国，随着经济发展，国民肉类消费种类也趋向于多样化，但是国内肉类消费中猪肉消费所占比重仍占大约六成，我国生猪养殖产业也散养向规模化、集约化、工厂化饲养转变。因此，随着养殖规模的不断扩大，生猪的质量也需要得到保证。自从2007年“中央一号”文件中指出要“积极推进健康养殖方式”以来，生猪养殖越来越受到社会各界的关注。为了提高养猪的效率和效益，生猪养殖行业迫切需要融入高精度的测控技术和自动化技术。猪舍的环境监控的目标是营造并维持健康良好的猪舍内部环境，使猪舍内部通风良好，温湿度适宜，空气质量达到标准。为了更高效、更灵活的监测猪舍内部环境，提出并设计了一套用于无线监测的猪舍环境管理系统。相较于传统管理方式，该系统组网较灵活，操作简便，监测效率更高。因此无线传感器网络（WSN）在猪舍环境方面有着很大的研究意义和巨大的市场价值。
1.2 国内外研究现状
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢由各种各样的传感器构成，可以感知并采集外部的环境信息。WSN中的传感器的通信方式为无线通信方式，所以各个传感器节点位置设置灵活，更改方便，组网灵活。WSN技术最早起源于冷战时期美国军方的反潜需求，此后逐渐被应用到越来越多的领域。
随着WSN的不断发展，应用的领域不断增多，其商业价值巨大。近几年来，世界各国都予以了高度的重视。美国国防部投资千万美元来协助大学生进行相关项目的研发。美国几乎所有的著名院校都有相关的小组对无线传感网络进行研究。美国国家航空航天局、交通部、能源部也都启动了对相关项目的研究。2002年，英特尔公司发布了“基于WSN的新型计算机发展规划”，规划宣称，英特尔公司将致力于WSN在预防医学、环境监测、森林火灾及海底板块调查、行星探测等领域的应用。在英国、意大利、日本等一些国家，也都有相关的研究机构在这个领域内展开了深入的研究。就学术界而言，他们把更多的精力集中于通信协议和网络安全性的研究，也都取得了一定的成果。
随着发达国家无线传感器网络及其应用研究的启动，我国也立即启动了相关研究项目。1999年中科院 《知识创新工程试点领域方向研究的信息与自动化领域研究报告》中首次正式启动。2001年，中科院成立了以上海微系统所为依托的微系统研究与发展中心，目的是为了推进WSN的研究。2006年，WSN被列入《国家中长期科学与技术发展规划（2006～2020）》。此外，中国国防科技大学、清华大学、哈尔滨工业大学等国内多所高校也展开了无线传感器网络的相关研究。目前，国内的WSN技术已经被应用到智能家电、智能楼宇、智能交通等民用领域。
1.3 本课题研究的主要内容
鉴于养殖场往往选址比较偏僻且分散，传统的猪舍组网复杂，布线安装比较繁琐，设备的移动性和灵活性差，监控的效率较低，提出了基于WSN技术的猪舍环境监控系统研究课题，通过此课题掌握温、湿度、光照度、有害气体的采集方式以及基于WSN无线通讯技术实现数据采集与图形显示，熟悉图形监控系统的开发方法和步骤，熟练使用QT开发和调试程序的能力。本课题的研究内容有：
1. 传感器设备对猪舍环境参数的采集。通过传感器对猪舍的温度、湿度、光照度和猪舍内部空气中NH3、H2S等有害气体浓度的采集，并通过A/D转换，便于单片机处理。
2. 单片机收集多个节点发过来的数据，并将信息发给协调器。
3. 上位机通过协调器收集猪舍的数据，并通过处理，在屏幕上以数字和曲线等方式显示相关环境参数。
4. 上位机送控制命令给下位机，通过协调器，最终到现场设备，现场设备通过执行元件完成指令。
上位机与下位机是通过串口收发数据。串口收发数据时应注意数据格式一致，数据地址匹配等因素。数据库处理应该语言简洁、表达明确。界面设计应该简洁，易于操作。
2 Zigbee协议
2.1 Zigbee介绍
Zigbee无线传感技术是一种传输速率较低、传输距离较短的无线传感网络技术，近几年开始迅速发展起来，适用于近距离无线数据传输。网络中传感器拥有独立的无线协议标准，外形可以设计得十分的微小，在传感器之间相互协调实现数据的传输通信。这些外形微小的传感器的功耗也是极小的，网络内任意两个传感器之间都能互相传递信息，所以Zigbee网络通信效率非常高。Zigbee无线传输网络平台可以由多达65000个无线传输模块组成，这些无线传输模块，就好比移动网络基站，模块与模块之间可以相互传递信息，模块数量越多，传递的信息量也越大，信号也就越稳定，网络中任意节点可以转发来自网络中
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本课题研究的主要内容 2
2 Zigbee协议 2
2.1 Zigbee介绍 2
2.2 Zigbee的优点 3
2.3 Zigbee的协议层结构和功能 3
2.4 Zigbee的网络类型 4
3 系统硬件选型和软件设计 6
3.1 系统拓扑 6
3.2 系统的功能结构 6
4 串口通信 8
4.1 串口通信概念 8
4.2 串口通信特点 9
4.3 数据帧格式设置 9
5 系统监测软件与硬件的实现 10
5.1 系统监测软件的实现 10
5.2 Qt程序设计 12
5.3 Qt数据库设计 14
5.4 系统移植 15
5.5 硬件选择 17
6 功能模块设计 17
6.1 数据显示模块 17
6.2 参数设置模块 17
6.3 用户管理模块 18
6.4 控制模块 19
7 系统调试 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1 课题的研究背景
中国是养猪、猪肉生产的第一大国，随着经济发展，国民肉类消费种类也趋向于多样化，但是国内肉类消费中猪肉消费
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
17
6.3 用户管理模块 18
6.4 控制模块 19
7 系统调试 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1 课题的研究背景
中国是养猪、猪肉生产的第一大国，随着经济发展，国民肉类消费种类也趋向于多样化，但是国内肉类消费中猪肉消费所占比重仍占大约六成，我国生猪养殖产业也散养向规模化、集约化、工厂化饲养转变。因此，随着养殖规模的不断扩大，生猪的质量也需要得到保证。自从2007年“中央一号”文件中指出要“积极推进健康养殖方式”以来，生猪养殖越来越受到社会各界的关注。为了提高养猪的效率和效益，生猪养殖行业迫切需要融入高精度的测控技术和自动化技术。猪舍的环境监控的目标是营造并维持健康良好的猪舍内部环境，使猪舍内部通风良好，温湿度适宜，空气质量达到标准。为了更高效、更灵活的监测猪舍内部环境，提出并设计了一套用于无线监测的猪舍环境管理系统。相较于传统管理方式，该系统组网较灵活，操作简便，监测效率更高。因此无线传感器网络（WSN）在猪舍环境方面有着很大的研究意义和巨大的市场价值。
1.2 国内外研究现状
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢由各种各样的传感器构成，可以感知并采集外部的环境信息。WSN中的传感器的通信方式为无线通信方式，所以各个传感器节点位置设置灵活，更改方便，组网灵活。WSN技术最早起源于冷战时期美国军方的反潜需求，此后逐渐被应用到越来越多的领域。
随着WSN的不断发展，应用的领域不断增多，其商业价值巨大。近几年来，世界各国都予以了高度的重视。美国国防部投资千万美元来协助大学生进行相关项目的研发。美国几乎所有的著名院校都有相关的小组对无线传感网络进行研究。美国国家航空航天局、交通部、能源部也都启动了对相关项目的研究。2002年，英特尔公司发布了“基于WSN的新型计算机发展规划”，规划宣称，英特尔公司将致力于WSN在预防医学、环境监测、森林火灾及海底板块调查、行星探测等领域的应用。在英国、意大利、日本等一些国家，也都有相关的研究机构在这个领域内展开了深入的研究。就学术界而言，他们把更多的精力集中于通信协议和网络安全性的研究，也都取得了一定的成果。
随着发达国家无线传感器网络及其应用研究的启动，我国也立即启动了相关研究项目。1999年中科院 《知识创新工程试点领域方向研究的信息与自动化领域研究报告》中首次正式启动。2001年，中科院成立了以上海微系统所为依托的微系统研究与发展中心，目的是为了推进WSN的研究。2006年，WSN被列入《国家中长期科学与技术发展规划（2006～2020）》。此外，中国国防科技大学、清华大学、哈尔滨工业大学等国内多所高校也展开了无线传感器网络的相关研究。目前，国内的WSN技术已经被应用到智能家电、智能楼宇、智能交通等民用领域。
1.3 本课题研究的主要内容
鉴于养殖场往往选址比较偏僻且分散，传统的猪舍组网复杂，布线安装比较繁琐，设备的移动性和灵活性差，监控的效率较低，提出了基于WSN技术的猪舍环境监控系统研究课题，通过此课题掌握温、湿度、光照度、有害气体的采集方式以及基于WSN无线通讯技术实现数据采集与图形显示，熟悉图形监控系统的开发方法和步骤，熟练使用QT开发和调试程序的能力。本课题的研究内容有：
1. 传感器设备对猪舍环境参数的采集。通过传感器对猪舍的温度、湿度、光照度和猪舍内部空气中NH3、H2S等有害气体浓度的采集，并通过A/D转换，便于单片机处理。
2. 单片机收集多个节点发过来的数据，并将信息发给协调器。
3. 上位机通过协调器收集猪舍的数据，并通过处理，在屏幕上以数字和曲线等方式显示相关环境参数。
4. 上位机送控制命令给下位机，通过协调器，最终到现场设备，现场设备通过执行元件完成指令。
上位机与下位机是通过串口收发数据。串口收发数据时应注意数据格式一致，数据地址匹配等因素。数据库处理应该语言简洁、表达明确。界面设计应该简洁，易于操作。
2 Zigbee协议
2.1 Zigbee介绍
Zigbee无线传感技术是一种传输速率较低、传输距离较短的无线传感网络技术，近几年开始迅速发展起来，适用于近距离无线数据传输。网络中传感器拥有独立的无线协议标准，外形可以设计得十分的微小，在传感器之间相互协调实现数据的传输通信。这些外形微小的传感器的功耗也是极小的，网络内任意两个传感器之间都能互相传递信息，所以Zigbee网络通信效率非常高。Zigbee无线传输网络平台可以由多达65000个无线传输模块组成，这些无线传输模块，就好比移动网络基站，模块与模块之间可以相互传递信息，模块数量越多，传递的信息量也越大，信号也就越稳定，网络中任意节点可以转发来自网络中
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