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本科毕业设计（论文）开题报告题目基于ZigBee的温室大棚温湿度及光照度检测系统的设计与实现学院工业制造学院专业测控技术与仪器学生姓名张宏坤学号201010114127年级10级指导教师莫莉职称讲师2014年2月6日研究目的和意义近年来，温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、光照度、等环境因子对作物的生产有很大的影响。现有的大多数温室大棚数据采集通过人工实地记录或者通过有线数据远距离检测记录方式。人工实地记录方式加大了工作量且难以保证数据的实时性和有效性，采用有线数据远距离检测方式容易受地理位置、物理线路和复杂环境因素的影响，具有很明显的局限性针对目前温室大棚发展的趋势，提出了一种温室大棚无线监控系统的设计。采集大鹏内的温度，湿度，光照度信息，通过ZigBee网络将上述信息发送给PC管理机，管理机可以根据实际作物生长规律产生相应的控制信号，通过ZigBee网络发送控制信号给控制节点，由控制节点解析控制信号，产生具体的执行机构动作信号。通过智能化监控温室大棚，减少生产成本，对提高温室种植效益有一定的作用。国内外研究现状和发展趋势1、国内研究现状我国对于温室控制技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温室控制技术的基础上，才掌握了人工气候室内微机控制技术，该技术仅限于温度、湿度和CO2浓度等单项环境因子的控制。之后，我国的温室控制技术得到了迅速发展。20世纪80年代，我国先后从欧美和日本等发达国家引进了21.2平方千米连栋温室。由于当时只注重引进温室设备，而忽略了温室的管理技术和栽培技术，且引进的温室能耗过高，致使企业相继亏损或停产。90年代初，我国大型温室跌入了发展的低谷。“九五”初期，以以色列温室为代表的北京中以示范农场的建立，拉开了我国第二次学习和引进国外现代温室技术的序幕。到90年代中后期，在对国外温室设备配置、温室栽培品种、栽培技术等各个方面进行研究的基础上，我国自主开发了一些研究性质的环境控制系统。1995年，北京农业大学研制成功了“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，此系统属于小型分布式数据采集控制系统。1996年，江苏理工大学毛罕平等研制成功了使用工控机进行管理的植物工厂系统。该系统能对温度、光照、CO2浓度、营养液和施肥等进行综合控制，是目前国产化温室控制技术比较典型的研究成果。中国农业机械化科学研究院研制成功了新型智能温室系统。该系统由大棚本体及通风降温系统、太阳能贮存系统、燃油热风加热系统、灌溉系统、计算机环境参数测控系统等组成。1997年以来，中国农业大学在温室环境的自动控制技术方面也取得了一定的成果。90年代末，河北职业技术师范学院的闰忠文研制了蔬菜大棚，其能够对温、湿度进行实时测量与控制。但由于我国农业现代化水平较低，农业劳动力大量过剩，温室的一次性投资大，资金短缺以及对操作人员的素质要求比较高等因素，限制了温室控制技术在温室系统的扩展。近年来我国的温室控制取得了长足的进步，首先在温室群控制方面，进行了初步的探索和理论研究，其次在温室控制中引入了人工智能和先进的控制算法，如专家系统、遗传算法、模糊控制等理论和控制策略。当前温室控制系统研究热点己由简单的DDC(直接数字控制)发展到分布式控制系统，如DCS(分布式控制)、FCS(柔性控制)等网络化的控制系统。目前，在相关行业己经有网络化测量和控制方面的研究，实现网络化、分布式数据采集系统取代传统孤立的、信息闭塞的系统，甚至跨越以太网或Internet进行数据采集，实施远程控制。虽然国内温室规模有限，还没有形成规模经济，另外构建的费用也较高，但从长远来看，温室监控系统分布式和网络化将是一种必然的趋势２．国外研究现状西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。1949年，借助于工程技术的发展，美国建成了第一个植物人工气候室，开展了植物对自然环境的适应性和抗御能力的基础及应用研究。20世纪60年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，奥地利首先建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家的温室园艺迅猛发展，温室设施广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。随着计算机技术的进步和智能控制理论的发展，近百年来，温室大棚作为设施农业的重要组成部分，其自动控制和管理技术不断得以提高，在世界各地都得到了长足的发展。特别是二十世纪70年代电子技术的迅猛发展和微型计算机的出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性的变化。80年代，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室控制要求的提高，以微机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美得到了长足的发展，并迈入了网络化，智能化阶段。温室产业及相关技术在国外的发展速度很快。如在荷兰的阿姆斯特丹RAI展览馆每年11月举办一次国际花卉展览会，2003年就有来自世界各国的477个厂商展示了各自的产品和实力。荷兰、日本、以色列、美国、韩国、西班牙、意大利、法国、加拿大等国是设施农业十分发达的国家，温室以大型温室为主。这些高水平大型温室的环境控制系统能够根据传感器采集室温、叶湿、地湿、室内湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧化碳浓度、风速、风向、以及植物作物生长状态等有关参数，结合作物生长所需最佳条件，有效调节有关设备装置，将室内温、湿、光、水、肥、气等诸因素综合协调调节到最佳状态。3、发展趋势温室大棚环境变量的检测是智能化管理的前提，随着科技的发展，温室大棚的环境变量检测将向着生长相关量细化、精密化检测方向发展，同时检测手段不再拘泥于传统的实验室检测和经验预判。检测手段将越来越简单可行。同时在信号的传输上，无线传感器网络会是最佳选择，未来随着物联网的快速发展，必然会有对应的温室大棚智能化管理完整解决方案。研究内容一、引言二、温室大棚环境检测的方案1.环境检测检测的难点2.检测的总体方案3.信号采集前端方案3.1.温湿度检测方案3.2.光照度检测方案4.信号传输方案三、信号采集设计1.硬件设计1.1.温湿度采集电路设计1.2.光照度采集电路设计2.软件设计2.1.程序框图2.2.各分模块程序概述四、信号传输网络设计1.无线传输的优势2.ZigBee无线传感器网络的特点3.无线传输网络总体结构4.约定数据传输格式五、控制系统设计1.控制系统功能概述2.电路设计3.软件设计六、结论拟采用的研究思路（方法、技术路线、可行性论证等）根据设计方案的基本框图如图1RouterRouterZigbeeCoordinatorEnddevicePC温度光照度温度光照度图1温室大棚智能控制系统设计框图ZigBee协议中以Ti的Z-Stack协议栈应用最为广泛，本设计采用Z-Stack协议栈的2007版本开发，采用TI的SoC芯片CC2530为硬件基础。温度与湿度的检测采用集成数字式单总线传感器DHT11，光照度检测采用数字式i2c总线的BH1750传感器。每个环境变量采集点配置为路由节点，方便网络的扩展，采集的温湿度信息和光照度信息发送给协调器，同时在网络状态改变时发送自己的网络地址给协调器，用于计算网状拓扑，协调器通过RS232与PC相连，PC通过RS232可以向协调器发送相应的控制信号，控制信号通过协调器单播发送给终端节点，用于控制执行机构。执行机构的设计在后期时间充足的情况下采用控制LED灯，继电器，步进电机，直流电机模拟。笔者对此论文中ZigBee在温室大棚中的应用有浓厚的研究兴趣，在校期间笔者有扎实的单片机编程基础，并具有独立完成电路设计、制作的基本技能。基于ZigBee的物联网研究已经是21世纪最重要的科技研究之一，是未来新兴产业的支柱力量。有许多专家和学者已经取得了许多有意义的结论，参与物联网研究的企业也取得了不错的研究成果，并已经开始商用。同时学校图书馆有丰富的文献资料可供查阅参考，不少网站也有完整的开发学习平台，指导老师在物联网这方面也有着相当丰富的理论知识，也能帮助笔者很好的完成此篇论文。参考文献目录[1]王小强，等.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社，2012，5.[2]李文仲，段朝玉，等.ZigBee无线传感器网络技术入门与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007,4.[3]蒋峰，赵伟.ZigBee技术在温室无线监测系统中的应用[J].农机化研究，2013,9（9）.[4]赵文化，蒋爽，等.基于无线传感器网络的温室大棚温湿度检测系统[J].中国新技术新产品，2013,9.设计（论文）工作安排及进度1.选题2013年11月～2013年12月2.实施研究、收集资料、开题报告2013年12月～2014年1月3.初步设计、详细设计2014年1月～2014年4月4.撰写论文、完成初稿2014年4月～2014年4月5.完成修改、定稿2014年4月～2014年4月6.答辩2014年5月～2014年5月开题报告会议纪要时间地点主持人参会教师姓名职务（职称）姓名职务（职称）会议记录摘要记录人：指导教师意见签名：年月日备注：1、本开题报告除第3页各栏目外，其它栏目均由学生填写。2、填写各栏目时可根据内容另加附页。3、参加开题报告会议的教师不少于3人。