基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫度采集與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

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1、開題報(bào)告基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫度采集與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)1選題的背景、意義目前,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展,促進(jìn)了無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,而基于若干傳感器組建的無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中也逐漸成為研究的熱點(diǎn)方向。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被研究之前,有一些領(lǐng)域使用了有線形式的傳感器網(wǎng)絡(luò)。在農(nóng)業(yè)方面,如對(duì)于農(nóng)田環(huán)境的監(jiān)測(cè),使用過有線傳感器網(wǎng)絡(luò),但是由于有線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)于布線的要求、傳輸距離的問題,以及設(shè)備安全性等問題,都成為了其發(fā)展的瓶頸問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的密集部署在監(jiān)控區(qū)域的智能傳感器節(jié)點(diǎn)采用自組網(wǎng)形式構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系

2、統(tǒng)。傳感器節(jié)點(diǎn)的位置不能預(yù)先確定,在任意時(shí)刻,節(jié)點(diǎn)間通過無線通道連接,采用多跳、對(duì)等通信方式。傳感器節(jié)點(diǎn)具有很強(qiáng)的協(xié)同能力,通過局部的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理以及節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交換來完成全局任務(wù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多學(xué)科交叉的綜合性科學(xué)研究領(lǐng)域，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實(shí)現(xiàn)物理世界、計(jì)算世界以及人類社會(huì)三元世界的連通。正是因?yàn)檫@種廣泛的用途，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在眾多領(lǐng)域如農(nóng)業(yè)、軍事、森林保護(hù)等方

3、面有著實(shí)際的用途和研究?jī)r(jià)值[1]。　比如說無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用.設(shè)施農(nóng)業(yè)是近年來隨著農(nóng)業(yè)環(huán)境工程技術(shù)的突破,迅速發(fā)展起來的一種集約化程度很高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。由于設(shè)施農(nóng)業(yè)是在人為可控環(huán)境保護(hù)設(shè)施下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn),擺脫了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件下自然氣候、季節(jié)的制約,以超時(shí)令、反季節(jié)生產(chǎn)的設(shè)施園藝作物為主,不僅使單位面積產(chǎn)量及畜禽個(gè)體生產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng),而且保證了農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)品,尤其是蔬菜、瓜果和肉、蛋、奶的全年均衡供應(yīng)。設(shè)施農(nóng)業(yè)目前已由簡(jiǎn)易塑料大棚、溫室發(fā)展到具有人工環(huán)境控制設(shè)施的自動(dòng)化、機(jī)械化程度極高的現(xiàn)代化大型溫室和

4、植物工廠。設(shè)施農(nóng)業(yè)在具有高附加值、高效益、高科技含量的設(shè)施園藝領(lǐng)域發(fā)展迅速,其栽培對(duì)象主要為蔬菜、花卉和果樹。近年來,設(shè)施畜牧業(yè)、設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖也在逐漸興起[3]。國(guó)外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早,始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表,采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng),現(xiàn)階段開發(fā)和研究集中于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)融合技術(shù)等[1-2]。目前,世界各國(guó)的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快,一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展[4]

5、。2相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài)2.1在溫室作物環(huán)境信息監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用2002年由美國(guó)因特爾公司在俄勒岡州建立了第一個(gè)無線葡萄園,將傳感器節(jié)點(diǎn)分布在葡萄園中,實(shí)時(shí)監(jiān)控園中的土壤溫度、濕度以及有害物的數(shù)量等因素,實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄園的無線控制。而近幾年,將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于溫室中得到的研究成果比較突出,由于溫室是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境,所以將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用于其中比較的容易。目前,國(guó)內(nèi)柳桂國(guó)、應(yīng)義斌(2002)的嵌入藍(lán)牙芯片的溫室環(huán)境檢測(cè)與控制系統(tǒng),杜輝等人(2005)的基于藍(lán)牙技術(shù)的分布式溫室監(jiān)控系統(tǒng),都是一些較成功的案例。

6、2.2在農(nóng)田作物環(huán)境信息監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠在溫室中得到成功的運(yùn)用是基于溫室中相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境因素,溫室可以看成是相對(duì)穩(wěn)定的農(nóng)田環(huán)境,即便是這樣,還是給在農(nóng)田環(huán)境中的作物信息監(jiān)測(cè)的應(yīng)用奠定了一個(gè)很好的基礎(chǔ)。農(nóng)田環(huán)境是直接受到自然因素影響的,尤其是溫度、濕度、降雨量和光照等,而各種農(nóng)作物對(duì)于農(nóng)田環(huán)境的要求還不同,所以,要求運(yùn)用于農(nóng)田中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要能夠有很好的監(jiān)測(cè)效果。首先,所要求的節(jié)點(diǎn)數(shù)量多,因?yàn)檗r(nóng)田尤其是大農(nóng)田,面積廣,要想能夠很好的監(jiān)測(cè),散落的節(jié)點(diǎn)必須分散且數(shù)量多,其次就是要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鲿澈蜏?zhǔn)

7、確性,這就要求各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間要有一個(gè)很適合的傳輸協(xié)議,既能保證傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)效性、準(zhǔn)確性又要保證節(jié)點(diǎn)的功耗要低,因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的功耗低,使用的時(shí)間也就長(zhǎng)。數(shù)量眾多還必須保證節(jié)點(diǎn)的成本低。如節(jié)水灌溉就是一個(gè)很好的實(shí)例。灌溉是農(nóng)田中的一個(gè)重要的方面。具有簡(jiǎn)單功能的節(jié)點(diǎn),采用電池供電通過相關(guān)的電源處理可以控制不同中小功率的直流電磁閥門(如電動(dòng)水動(dòng)電磁閥、減壓閥、調(diào)壓閥、安全閥以及流量控制閥等),分布在農(nóng)田中的節(jié)點(diǎn)具有對(duì)土壤溫度、濕度等方面的數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)作用,通過這些數(shù)據(jù)的收集,結(jié)合網(wǎng)關(guān)以及后臺(tái)監(jiān)測(cè)主機(jī),通過GPS或Internet

8、來精確控制農(nóng)田中的灌溉?？梢钥吹?在柳桂國(guó)、應(yīng)義斌(2002)的嵌入藍(lán)牙芯片的溫室環(huán)境檢測(cè)與控制系統(tǒng)和杜輝等人(2005)的基于藍(lán)牙技術(shù)的分布式溫室監(jiān)控系統(tǒng)中,由于是應(yīng)用于溫室這個(gè)環(huán)境中,所以可以采取藍(lán)牙技術(shù),但應(yīng)用于農(nóng)田環(huán)境中,顯然藍(lán)牙技術(shù)就不適合了,這時(shí)候ZigBee技術(shù)就是替代藍(lán)牙技術(shù)的最佳方案之一。近幾年,由于注意到ZigBee技術(shù)相對(duì)于藍(lán)牙有著功耗低、數(shù)據(jù)抗干擾