1、青岛农业大学毕 业 论 文（设计）题 目： 基于 Zigbee 农业灌溉系统设计 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 2010.03 学 号： 20102522 指导教师： 白皓然 2014 年 6 月 16 日目 录摘 要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 选题背景及研究意义 .11.2 国内外发展概况 .11.3 研究内容及目标 .22 系统总体设计 .32.1Zigbee 技术 .42.2ASP.NET 远程网站控制 .42.3 后台服务程序设计 .52.4 产品销售架构的实现 .53 硬件电路的设计及实现 .63.1 CC2530Z
2、igbee 无线传输网络 .63.1.1 CC2530 及协议栈简介 .63.1.2 组网及传感器连接 .63.2 模型网络-青岛农业大学校园网络介绍 .103.3 IIS（Internet Information Services ）服务器原理 .123.3.1 IIS 及 Framework 简介 .123.3.2 网络服务器配置 .123.3.3ASP 网站发布与访问 .133.4 温室模型的设计 .143.4.1 各等级电压设计 .153.4.2 继电器电路设计 .153.4.3 温室大棚模型结构及接线箱 .154 系统软件设计与实现 .184.1 登录设计 .184.2 后台程序主界
3、面 .204.3 综合管理界面 .214.3.1 串口通信方式 .214.3.2 远程访问方式 .224.3.3 手动模式指令控制 .254.4 附加功能 .264.5 数据库建立及操作 .274.5.1 数据库创建及表格设计 .284.5.2 GridView 和 SqlDataSource 控件连接数据 .294.5.3 数据更新 .304.6 网站母板页设计 .314.7 网站后台设计 .325 系统组装调试 .345.1 各集成开发环境（IDE）介绍 .345.2 网站操作 .355.3 接线及后台服务程序设置 .37参考文献 .38致谢 .40附录 I：Zigbee 应用层部分程序
4、.41附录 II：后台服务程序部分 .47附录 III:网站部分 .511 网站管理界面代码 .512 关于系统界面设计 .53附录 IV：网站截图 .54I基于 Zigbee 农业灌溉系统设计摘 要我国地大物博，但人均资源相对匮乏，农业是国家的基础产业，水资源作为农业发展的重要制约因素。十八届三中全会以来提出的农业现代化的发展理念逐步深入，更好的发展农业实现智能控制的现代化农业模式成为必然。本设计下位机以 CC2530 处理器为核心，构建了农业温室信息 Zigbee 无线采集网络系统。上位机通过 ASP.NET 语言，在 IDE 中与数据库结合构建一个网站服务器。服务器后台程序定时检测终端节
5、点的实时农业温室信息，并发送控制指令。通过手机和网络客户端可以实时操控灌溉水泵、通风泵及补光系统。实物模型验证了本系统的可靠性。关键词：农业物联网；远程控制；Zigbee ；ASP 网站IIThe design of agricultural irrigation system based on ZigbeeAbstractThe land of china is vast, but the per capita resources are relatively scarce, agriculture is the basic industries of China, and water re
6、sources is an important factor restricting the development of agriculture. Agricultural modernization development concept was put forward since the Third Plenary Session of eighteen gradual deepening. So the development of modern agriculture intelligent control agricultural model becomes inevitable.
7、The lower machine was designed by CC2530 as processor core, and the greenhouse agriculture information wireless network acquisition system was built based on Zigbee. By ASP.NET language the PC and a database in the IDE build a web server. Agricultural greenhouses real-time information was collected
8、by the server through timing detection, and send control commands. The irrigation pumps, ventilation, fan systems can be controlled real-timely through mobile phones and network clients. Physical model hacve verify the reliability of this system.Keywords: things agriculture; remote control; Zigbee;
9、ASP Website 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）11 绪论1.1 选题背景及研究意义近年来，农业现代化概念逐步深入推广，尤其是十八届三中全会关于全面深化改革的推动，在农业土地流转制度下新型农民需要种植大量的田地，而关于如何更精确更高效的完成作物日常管理是当前急需解决的问题。智能灌溉是一个理念，现在国外温室环境控制技术正朝着高科技方向发展，网络技术、遥感技术已逐渐应用到温室大棚智能控制系统中让农业管理可以快捷的实现 1。同时这也是一种趋势，因为多元化的生活方式要求我们身处不同的地域，而网络则是连接这一切的通道。农业的应用是一个极佳的物联网应用开发方向，一方面作为我国的一种基础
10、产业，农业的重要地位不言而喻；另一方面，在我国悠久农业种植历史中，人力劳作的状况持续了几千年，如何更好的实现农业现代化是困扰人们的问题。科技应是为人类的解放服务，为人力资源的充分利用做贡献的，所以在农业的物联网应用中，本系统的设计只是很小的一部分，也是一个开端。随着全球气候变化，自然灾害的日益增多，旱涝状况频发，就我国基本情来讲，水资源总量居第六位，但人均是 121 位，水资源时空分布不均衡年降水量集中于 6-8 月，很多城市出现水资源短缺，更为重要的是，水资源的污染，导致大量的淡水无法正常使用 2。所以如何有效合理的解决水资源瓶颈，提高利用率是一项刻不容缓的任务。农民以前是靠天吃饭，到人工灌
11、溉，而智能灌溉则可以更加合理有效的解放劳动力，管理多个温室棚区的环境问题。对于无线通信网络的开发，现阶段有着广阔的市场前景。Zigbee 技术是在短距离无线通信方面具有绝对优势的一种方式，其多个节点的连接，自动分配网络地址的方式以及信号的稳定性等优点是进行区域化种植的一个良好选择。1.2 国内外发展概况自古以来，沿河而栖，河水是孕育文明的地方，就是由于采水和灌溉技术限制。农业的灌溉就是一个持续需要解决的农业问题。最早期的农民靠天吃饭过程中，农业生产青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）2水平十分落后；之后的水车灌溉，人们利用河水和井水进行灌溉作业，但是所有的劳作长期以来都是依靠人力或者畜
12、力进行的；随着我国科技的进步，农业生产技术水平的提高，灌溉等农业作业的完成更加全面的依托机械电力的帮助完成。国内现阶段对于该问题的研究多实在农林类高等院校及部分科研机构，基于长期的研究取得了一定水平的成绩，但是应用尚不广泛。蔬菜之都寿光的现代化农业已经具备了一定的雏形，农民日常所说的“高温棚” 在温度和采光方面借助前期的施工已经形成了一定的模式，但是灌溉设备的建设还是有待提高。而在我国的“花卉之都”广州市其花卉产业规模较大，而浙江大学有研究基于 Zigbee 和 GPRS 的远程灌溉控制，也取得了不错的成果 3。对于灌溉的研究一般性的研究方向还是存在一些弊端：首先是在研究上一般都会选择一个切入
13、点，相比较而言在综合利用方面存在一些问题；其次是在应用与推广方面力度不足，并且在推广的方式上存在问题，有些技术或是设备已经可以走向农业或者是工业化应用，但在实际操作的过程中没有实现。在国外，例如美国和以色列其节水灌溉设备及技术处于世界领先的水平。美国雨鸟公司的节水灌溉设备居于世界领先的地位，其产品广泛的应用于高尔夫球场，公园及各种高新农业基地；世界上很多水资源匮乏的地区在农业智能灌溉以及节水灌溉方面有着突出的表现，以中东地区的以色列为例，该国的农业技术处于世界领先水平，有效的利用了水资源。现代农业是在国家高度提出的，可以更好的维护国家的粮食安全，更加有效的解放农村劳动力提高农业产值。在农业应用
14、中一些受到自然环境限制的地区，灌溉技术的研究往往会得到相对较多的重视，所以在资金投入等方面有着很多的优势。而国外的网络技术以及物联网的应用也是发生着日新月异的变化，在工业机器人，自动驾驶汽车等人工智能领域都有着绝对的领先技术。1.3 研究内容及目标研究内容：人均水资源不足，利用率低，水资源污染严重的问题督促我们警醒，同时也要开发出更加先进的设备。设计实现农业智能灌溉系统，主要是实现互联网远程控制，能够更加精确的实现温湿度测量，对于区域化种植更加方便的实现一个控制中心操作若干个节青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）3点。1、ASP 网站的建设，与数据库连接加入销售环节。2、服务器后台程序
15、设计，后台服务程序是作为一个连接下位机或是 Zigbee 协调器的枢纽，对这个系统连接起着关键作用。3、Zigbee 无线通信网络的实现，本系统以模型为主，实现一个协调器两个终端节点的组网通信及数据采集。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）42 系统总体设计本系统是一个统一的整体，在实现上主要分为网站，后台程序，Zigbee 无线网络以及农业温室模型等几个方面。2.1Zigbee 技术Zigbee 无线通信技术是新一代低功耗无线网络通信方式，由于其本身具有 51 内核，所以在处理上可以实现引脚扩展操作。本系统采用 TI（德州仪器）开发的 Zstack 协议栈架构为基础，主要在 APP
16、层接入传感器的温湿度采集模块，借助其无线功能实现多点无线通信。对于灌溉系统，我们主要使用 DHT11 传感器测量温湿度数据，转化为所需要的数字量，之后由终端节点传送至协调器节点。Zigbee 网络实现的是系统自动组网，协调器会自动的分配给终端节点一个网络地址。为了实现多点的同步操作，在指令发送时采用广播模式，所有终端均可接收来自协调器的网络指令并进行处理，外接继电器实现对外围电路的驱动。2.2ASP.NET 远程网站控制智能灌溉系统网站系统功能简介产品销售温室模型控制后台管理程序环境值获取用户管理菜单产品管理菜单文件管理菜单发送控制命令下位机通信图 2-1 网站架构图青岛农业大学机电工程学院本
17、科毕业设计（论文）5本系统初步的设计构想是以服务器接收控制信号，以及信息处理的中心，完成互联网的 TCP/IP 协议通信，同时通过串口（UART）方式实现与 Zigbee 协调器节点通信，使网站具有更好的实现产品推广的能力。主题是分为四大模块区分功能，分别是功能简介，产品销售，温室模型环境控制以及后台管理。该系统的各节点具体功能在后续文章中还会继续介绍，从基本原理到代码实现方法。网站结构的流程如上图 2-1 所示。当服务器与访问终端处于一个网络内部，通过网页访问修改数据库中的数据 4，在另一部分的服务器后台服务程序利用 Timer（定时器）控件检查数并发送指令。网站的整体风格采用母板页确定。为
18、了实现产品更好的推广，在网站加入了产品销售模块。对于网站的管理，产品的添加以及修改，均是通过后台管理界面操作。在后台管理中，可以实现用户管理，包括增删用户，密码修改等功能；另外是产品管理，包括产品名称，图片和基本参数的描述；还有一部分是上传下载功能的实现，为了方便用户的自主学习与操作，可以下载相关文档，驱动程序及 IDE 软件。2.3 后台服务程序设计后台服务程序即 Winform 窗体结构应用程序，本设计的开发应用 Visual Studio 2010中的 C#语言。改程序在系统中起着纽带作用，一方面可以连接数据库，实现数据状态扫描，另一方面可以实现对下位机的连接，发送指令实现串口通信。主要的功能在于手动操作模式和远程控制模式的实现上，后台程序需要兼备多方面的功能，登录界面控制着安全权限的设置；主界面完成对各个子程序的连接；附加一些功能性程序实现对日常一些常规管理的操作。2.4 产品销售架构的实现快捷的购买与支付是产品销售的购买体验，本系统借助网络连接，在淘宝开设店铺。当用户需要购买相关产品时可以跳转页面至淘宝店铺，通过支付宝付款，之后的步骤是我们日常网购相同的。
