基于无线传感器网络的植物补光系统研究
截止到2017年3月,我国人口数量上升到了 13.7亿,但是全国耕地面积在逐年减少,人们对粮食蔬菜的需求量在提升.近年来,我国整体国民经济在不断的进步,人民的生活质量随着经济发展在不断的提升,反季节蔬菜的需求量逐年呈现上升趋势.因此,农业种植方面,有必要在增加反季节蔬菜生产的同时,提升单位面积农业生产农作物的产量,以此来满足人们生活需求,提升生活品质.温室大棚种植是解决这一问题的重要途径与方法,它不仅能够提升土地利用率,提升单位面积的种植年产量,而且温室内的环境相对比较容易控制.通过人工调控,温室内的农作物可不受季节气候与光照温度的影响,作物产量与品质随之提高.在温室作物生长发育的过程中,影响其生长的因素有:光照、温度、湿度、土壤、酸碱度等等.其中,光照是最重要的影响因素之一,即影响农作物产量与品质,也能够影响农作物的出产时间.光参与到植物生长发育的发芽期、幼苗期、成熟期,不仅影响种子的萌发率,还影响植物根茎叶的生长发育,最重要是能为叶片的光合作用提供能量.季节与天气情况都会影响光照条件.随着科技的发展,温室内的补光设备也在进行不断的更新.新一代的农业照明光源LED将是农业种植过程中必不可少的现代化工具,在推动农业向科技化、现代化方向发展的过程中起到重要作用.由于温室内是湿度比较大的环境,这对有线控制系统的要求较高.将无线传感器网络应用于温室大棚中的植物补光,即能够解决有线系统布局困难、难以修复、难以推广的问题,又能提高系统的可靠性.本文通过对无线传感器网络技术中Zigbee与GPRS/GSM、WiFi、蓝牙四种无线通信技术在应用范围、系统资源、传输距离等方面的特点进行研究,发现Zigbee技术传输距离短、系统功耗低、电池寿命长、网络规模较大、系统模块价格较低、网络频段免费、适于监测与控制,这些特点与温室大棚的需求相符合,文中以香菜种植大棚为例,分析不同的光质与光强对农作物生长发育的影响,选择植物光合作用最需要的红蓝LED光源,设计了基于Zigbee技术的补光系统,系统中各个节点之间可自组网并且进行无线传输,对农作物生长环境中的光强信息进行监测和控制,系统中监测单元通过协调器获得各个节点传输的光强数据,实现数据的传输、可视化及存储,控制单元通过分析数据,计算出植物所需要的精确的补光量,进而通过PWM调光方式控制补光,实现对温室大棚中农作物的实时精确补光,通过实验测试及分析,系统能够基本实现组网、数据传输与调光功能,实验证明,系统可以正常运行,能够运用于大棚中,为农业现代化提供了一种可行并且有效的补光方法.
- 作者：
- 赵杰荣
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 光学工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 王金鹏；冯睿
- 中图分类号：
- TP212.9；TN929.5
- 关键词：
- LED；无线传感器网络；无线传输；PWM调光；植物补光
- LED； wireless sensor network； wireless transmission； PWM dimming； plant lighting