【范文】奶牛场数字化管理的无线通信系统设计研究
【作者】 李泉辉；
【导师】 钱东平； 张晋国；
【摘要】 在奶牛养殖业中,奶牛个体信息、牛舍温湿度和牛舍氨气含量等参数的实时采集对奶牛场提高经济效益,强化管理有着重要的意义。在我国大部分中小型奶牛场,奶牛养殖完全靠饲养管理员观察来获得奶牛及牛舍相关信息,这就很难做到对所有奶牛个体及牛舍的实时监控,因而时常错过处理的最佳时机,极大地降低了奶农的经济效益。由大量的微型传感器作为节点构成的无线传感器网络能够实现对监测目标的实时监测,数据的采集和处理,并且能够自组织的进行协调和通信。与传统的有线或无线的监测系统相比,它具有监测范围大、安装方便、维护和更新费用低等优势,非常适合奶牛因走动而位置会发生变化甚至会脱离固定监测点的奶牛场通信系统设计。本文结合奶牛场的实际情况,利用无线传感器网络技术的优势,在深入分析无线传感器网络各节点功能特点和性能要求的基础上,提出了基于无线传感器网络技术的奶牛场数字化管理通信系统的总体方案;设计了奶牛养殖场无线传感器网络的硬件节点并编写了相应软件;在跨层设计技术的基础上结合奶牛场的实际情况对无线传感器网络的通信协议栈进行了进一步的研究。主要研究内容如下:1)在深入分析无线传感器网络的体系结构以及各节点功能特点和性能要求的基...
【Abstract】 In the dairy farming industry, the real-time data acquisition of parameters that contain individual information of dairy cattle, temperature and humidity and ammonia level of cowshed has great significance, which is interesting for enhancing economic efficiency and strengthening management for dairy farms. In China, it is difficult to obtain the complete information of dairy cattle or cowshed by the administrator’s observation for most small dairy farms, i.e., real-time monitor is difficult to c...
【关键词】 奶牛场； 无线传感器网络； 通信协议； 跨层设计；
【Key words】 Dairy Farms； Wireless Sensor Network； Communication Protocol； Cross Layer Design；
【范文目录】
摘要 4-5
Abstract 5-6
1 引言 9-13
    1.1 研究的目的和意义 9-10
    1.2 国内外奶牛场测控通信系统研究概况 10-11
        1.2.1 国外奶牛场测控通信系统研究概况 10-11
        1.2.2 国内奶牛场测控系统研究概况 11
    1.3 课题来源及主要研究内容 11-13
2 无线传感器网络简介 13-20
    2.1 无线传感器网络的工作原理 13-16
        2.1.1 无线传感器网络的概念及特性 13-14
        2.1.2 无线传感器网络的网络结构 14-16
    2.2 无线传感器网络的发展历程 16-18
    2.3 无线传感器网络的应用 18-20
3 奶牛场无线传感器网络系统方案设计 20-26
    3.1 奶牛场无线传感器网络研究目标 20
    3.2 无线传感器网络节点拓扑结构分析 20-24
        3.2.1 几种典型的网络拓扑结构 21-23
        3.2.2 奶牛场无线传感器网络特性分析 23-24
    3.3 奶牛场无线传感器网络系统结构 24-26
4 奶牛场无线传感器网络硬件设计 26-40
    4.1 无线传感器网络通用硬件模块设计 26-37
        4.1.1 USB 转串口模块设计 26-30
        4.1.2 无线传感器网络通用通信模块设计 30-34
        4.1.3 无线传感器网络通用微控制器模块的设计 34-36
        4.1.4 传感器通用接口电路设计 36-37
    4.2 无线传感器网络各节点硬件设计 37-39
        4.2.1 传感器节点硬件设计 37
        4.2.2 头节点硬件设计 37-38
        4.2.3 汇聚节点的硬件设计 38-39
    4.3 电路板的制作 39-40
5 奶牛场无线传感器网络协议栈设计 40-47
    5.1 OSI 模型 40-45
        5.1.1 物理层 41-42
        5.1.2 数据链路层 42
        5.1.3 网络层 42-43
        5.1.4 传输层 43
        5.1.5 会话层 43
        5.1.6 表示层 43-44
        5.1.7 应用层 44-45
    5.2 奶牛场无线传感器网络的跨层协议栈设计 45-47
        5.2.1 三层跨层协议栈设计 45-46
        5.2.2 奶牛场无线传感器网络协议栈设计 46-47
6 奶牛场无线传感器网络软件设计 47-52
    6.1 AVR 单片机GCC 开发概述 47
    6.2 nRF2401 发送和接收数据的流程 47-48
    6.3 节点程序设计 48-52
        6.3.1 传感器子节点程序设计 48-49
        6.3.2 头节点程序设计 49-50
        6.3.3 汇聚节点程序设计 50-52
7 系统测试 52-55
    7.1 奶牛场无线传感器网络的部署 52-53
    7.2 测试结果 53-55
8 结论及展望 55-57
    8.1 主要结论 55
    8.2 未来工作的展望 55-57
参考文献 57-60
附录A 测试软件 60-62
附录B ATmega32L 的nRF2401 驱动程序 62-69