植物工厂环境控制.doc
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植物工厂环境控制,摘要近年来，世界人口逐渐增加，耕地面积日益减少，环境恶化，自然灾害频发。但是市场对食品的数量和品质要求却日益提高。多层次立体栽培，大规模生产高品质、无污染作物的植物工厂是解决上述矛盾的重要途径。为满足周年连续生产，植物工厂环境控制技术成为研究重点。温湿度是影响植物生长的关键因子。本文主要针对植物工厂环境控制技术的温湿度...
内容介绍
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摘 要
近年来，世界人口逐渐增加，耕地面积日益减少，环境恶化，自然灾害频发。但是市场对食品的数量和品质要求却日益提高。多层次立体栽培，大规模生产高品质、无污染作物的植物工厂是解决上述矛盾的重要途径。为满足周年连续生产，植物工厂环境控制技术成为研究重点。
温湿度是影响植物生长的关键因子。本文主要针对植物工厂环境控制技术的温湿度采集和自动监控，结合嵌入式技术、无线通信和网络技术，设计了一种适合植物工厂的温湿度远程监控系统。整个系统基于B/S架构设计，以嵌入式Web服务器为核心，ZigBee无线传感器网络为温湿度采集终端，具有成本低、效率高、简便实用的优点。
嵌入式Web服务器以ARM7为硬件核心，通过连接CC2430无线通信模块接收ZigBee无线传感器网络采集并传送的温湿度数据；为了实现数据的远程查看，针对ARM7微处理器移植了μCLinux操作系统和Boa服务器，以TCP/IP协议栈为基础，采用CGI接口实现动态网页。用户可以通过浏览器访问嵌入式Web服务器，查看植物工厂温湿度数据，授权用户还可以根据数据做出判断，发送控制命令，调节植物工厂内温湿度值。
温度是影响植物生长最重要的环境因子，在完成系统软硬件设计的基础上，为了实现对温度的自动控制，首先，建立了植物工厂温度模型；其次，针对植物工厂多层立体栽培和温度梯度变化的特征，从节能角度出发，提出了一种温度场控制和模糊神经网络控制相结合的温度控制方案；最后，对控制系统进行仿真，结果验证了设计方案的有效性。
关键词 植物工厂；无线传感器网络；远程监控；嵌入式Web服务器；温度场；模糊神经网络
Abstract
In recent years, the world population increase gradually and the agricultural acreage decreases year by year. What’s more, environment degradation and more and more natural disasters. However, Public awareness and demand for food has risen. Multi-level stereo cultivation and mass production high quality pollution-free food could solve the contradictions. In order to meet the annual continuity of production, environmental control technology becomes the focus.
The temperature and humidity is the key factor of the effect on the plants growth.Combined with embedded technology, wireless communication technology and network technology, the paper study environment data acquisition and automatic monitoring of plant factory environment control system, and design remote monitoring system which is suitable for plant factory greenhouse. The whole system based on B/S framework, and embedded web sever as the core, ZigBee wireless sensor network as the temperature and humidity acquisition terminal. Low cost, high efficiency, easy and pratical are also the system’s advantages.
The embedded web server use ARM7 microcontroller as hardware core, which connected to CC2430 wireless communication module to receive humidity data collected by ZigBee wireless sensor network. In order to remote view, transplanting μCLinux operation system and Boa server to ARM7, TCP/IP protocol for the foundation, CGI application procedure for dynamic webpage. User could visit embedder web server and view humidity data by browser.The authorized user could send control instruction by analyzing data to realize the regulation of temperature and humidity.
The temperature is the most important environmental impact factor on the plants growth. Based on hardware and software, in order to realize automatic control of temperature, First, establish plant factory temperature model; Second, Put forward the control scenario combining temperature field with fuzzy neural network from energy saving angle according to the features which contain multilayer and temperature gradient change of plant factory; Finally, The simulation result verified the effectiveness of the designed algorithm.
Keywords Plant factory; wireless sensor network; remote control; embedded web server; temperature control; fuzzy neural network
目录
摘 要 I
Abstract III
目录 V
Contents VII
第1章 绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状与发展趋势 1
1.2.1 植物工厂发展概述 1
1.2.2 植物工厂环境控制技术 4
1.3 本文研究的主要内容 6
1.4 小结 7
第2章 植物工厂环境控制系统总体方案设计 8
2.1 系统总体设计方案 8
2.2 嵌入式Web服务器的实现 9
2.2.1 嵌入式Web技术 9
2.2.2 嵌入式Web服务器体系结构 10
2.2.3 嵌入式Web服务器硬件平台 11
2.2.4 嵌入式操作系统选取 11
2.2.5 Web服务器的选择 12
2.3 ZigBee无线传感模块的实现 13
2.3.1 温度、湿度检测方法 13
2.3.2无线通信的实现方案 14
2.4 小结 15
第3章 ZigBee无线传感器网络模块设计 16
3.1 ZigBee无线传感器网络 16
3.1.1 ZigBee无线传感器网络结构 16
3.1.2 ZigBee简介 17
3.2 传感器节点整体结构 20
3.3 节点硬件设计 20
3.3.1 数据处理及收发模块 21
3.3.2 CC2430接口电路 24
3.3.3 数据采集模块 25
3.3.4 节点实物 27
3.4 节点软件设计 27
3.4.1 Z-Stack协议栈 28
3.4.2 无线通信软件设计 30
3.4.3 数据采集软件设计 32
3.5 小结 34
第4章 嵌入式Web服务器的实现 35
4.1 嵌入式Web服务器总体结构 35
4.2 嵌入式Web服务器硬件设计 35
4.2.1 嵌入式微处理器LPC2210 36
4.2.2 存储器扩展 37
4.2.3 以太网接口电路..
近年来，世界人口逐渐增加，耕地面积日益减少，环境恶化，自然灾害频发。但是市场对食品的数量和品质要求却日益提高。多层次立体栽培，大规模生产高品质、无污染作物的植物工厂是解决上述矛盾的重要途径。为满足周年连续生产，植物工厂环境控制技术成为研究重点。
温湿度是影响植物生长的关键因子。本文主要针对植物工厂环境控制技术的温湿度采集和自动监控，结合嵌入式技术、无线通信和网络技术，设计了一种适合植物工厂的温湿度远程监控系统。整个系统基于B/S架构设计，以嵌入式Web服务器为核心，ZigBee无线传感器网络为温湿度采集终端，具有成本低、效率高、简便实用的优点。
嵌入式Web服务器以ARM7为硬件核心，通过连接CC2430无线通信模块接收ZigBee无线传感器网络采集并传送的温湿度数据；为了实现数据的远程查看，针对ARM7微处理器移植了μCLinux操作系统和Boa服务器，以TCP/IP协议栈为基础，采用CGI接口实现动态网页。用户可以通过浏览器访问嵌入式Web服务器，查看植物工厂温湿度数据，授权用户还可以根据数据做出判断，发送控制命令，调节植物工厂内温湿度值。
温度是影响植物生长最重要的环境因子，在完成系统软硬件设计的基础上，为了实现对温度的自动控制，首先，建立了植物工厂温度模型；其次，针对植物工厂多层立体栽培和温度梯度变化的特征，从节能角度出发，提出了一种温度场控制和模糊神经网络控制相结合的温度控制方案；最后，对控制系统进行仿真，结果验证了设计方案的有效性。
关键词 植物工厂；无线传感器网络；远程监控；嵌入式Web服务器；温度场；模糊神经网络
Abstract
In recent years, the world population increase gradually and the agricultural acreage decreases year by year. What’s more, environment degradation and more and more natural disasters. However, Public awareness and demand for food has risen. Multi-level stereo cultivation and mass production high quality pollution-free food could solve the contradictions. In order to meet the annual continuity of production, environmental control technology becomes the focus.
The temperature and humidity is the key factor of the effect on the plants growth.Combined with embedded technology, wireless communication technology and network technology, the paper study environment data acquisition and automatic monitoring of plant factory environment control system, and design remote monitoring system which is suitable for plant factory greenhouse. The whole system based on B/S framework, and embedded web sever as the core, ZigBee wireless sensor network as the temperature and humidity acquisition terminal. Low cost, high efficiency, easy and pratical are also the system’s advantages.
The embedded web server use ARM7 microcontroller as hardware core, which connected to CC2430 wireless communication module to receive humidity data collected by ZigBee wireless sensor network. In order to remote view, transplanting μCLinux operation system and Boa server to ARM7, TCP/IP protocol for the foundation, CGI application procedure for dynamic webpage. User could visit embedder web server and view humidity data by browser.The authorized user could send control instruction by analyzing data to realize the regulation of temperature and humidity.
The temperature is the most important environmental impact factor on the plants growth. Based on hardware and software, in order to realize automatic control of temperature, First, establish plant factory temperature model; Second, Put forward the control scenario combining temperature field with fuzzy neural network from energy saving angle according to the features which contain multilayer and temperature gradient change of plant factory; Finally, The simulation result verified the effectiveness of the designed algorithm.
Keywords Plant factory; wireless sensor network; remote control; embedded web server; temperature control; fuzzy neural network
目录
摘 要 I
Abstract III
目录 V
Contents VII
第1章 绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状与发展趋势 1
1.2.1 植物工厂发展概述 1
1.2.2 植物工厂环境控制技术 4
1.3 本文研究的主要内容 6
1.4 小结 7
第2章 植物工厂环境控制系统总体方案设计 8
2.1 系统总体设计方案 8
2.2 嵌入式Web服务器的实现 9
2.2.1 嵌入式Web技术 9
2.2.2 嵌入式Web服务器体系结构 10
2.2.3 嵌入式Web服务器硬件平台 11
2.2.4 嵌入式操作系统选取 11
2.2.5 Web服务器的选择 12
2.3 ZigBee无线传感模块的实现 13
2.3.1 温度、湿度检测方法 13
2.3.2无线通信的实现方案 14
2.4 小结 15
第3章 ZigBee无线传感器网络模块设计 16
3.1 ZigBee无线传感器网络 16
3.1.1 ZigBee无线传感器网络结构 16
3.1.2 ZigBee简介 17
3.2 传感器节点整体结构 20
3.3 节点硬件设计 20
3.3.1 数据处理及收发模块 21
3.3.2 CC2430接口电路 24
3.3.3 数据采集模块 25
3.3.4 节点实物 27
3.4 节点软件设计 27
3.4.1 Z-Stack协议栈 28
3.4.2 无线通信软件设计 30
3.4.3 数据采集软件设计 32
3.5 小结 34
第4章 嵌入式Web服务器的实现 35
4.1 嵌入式Web服务器总体结构 35
4.2 嵌入式Web服务器硬件设计 35
4.2.1 嵌入式微处理器LPC2210 36
4.2.2 存储器扩展 37
4.2.3 以太网接口电路..
