无线探霜传感器节点的研制_宋亚鲁.caj

无线探霜传感器节点的研制
作者 : 宋亚鲁
学位授予单位 : 哈尔滨工业大学
学位名称 : 硕士
导师姓名 : 王艳
学位年度 : 2015
关键词 : 农业探霜；无线通信；传感器节点；PID温控；ZigBee网络
摘要 : 霜冻灾害会给农业生产带来巨大损失,为了减少霜冻灾害带来的损失,及时探测到霜的存在、霜冻灾害影响的范围是非常必要的。现有针对探霜传感器的研制一般都是应用于冰箱或者冷库的换热器上的,不管是共振器式、光电式、压电式还是电容式,它们的工作原理都是基于霜层的,而且在霜层比较薄时精度很低且有尘环境中会带来误判,并不适用于农业探霜。研制一款不基于霜层的农业中使用的探霜传感器是非常有价值的,鉴于设施农业一般范围较广,若传感器节点具备无线通信能力并可被远程监控,其应用意义将更加广泛。本文提出了两种基于结霜过程的探霜方案:第一种基于结霜时刻水由气态变为固态时固热释放导致结霜面温度回升现象,经理论分析和实验验证,由于热传导的复杂性及其对检测条件的高要求,且存在着理论上只有结霜瞬间可检测的弊端;第二种基于结霜的条件,即当结霜面温度低于霜点时判断结霜,其探霜算法简单,对传感器精度的要求不高,但实验验证探测准确度较高。基于以上分析,本文采用第二种作为探霜方案。论文针对第二种方案原理的传感器节点进行研制。主要工作:1)完成传感器节点的硬件设计制作以及探霜算法的软件实现;2)搭建了PID温控探霜实验平台模拟结霜环境用于验证探霜算法的探测准确性,并提供组态王实时监测界面;3)移植基于Zig Bee 2007/PRO协议的Z-stack协议栈应用于无线节点探霜,并开发基于VC++6.0 MFC的无线网络监控界面用以检测传感器节点的无线通信功能;4)对传感器节点的探霜准确性以及无线通信性能进行实验检测,并对实验中出现的零度以下不结霜、先结露再结霜的现象进行理论分析。经实验验证,本文研制的无线探霜传感器节点可以很好的完成探霜的功能,其所具有的Zig Bee无线通信功能未来加以更深入的研究,可以实现在广阔的面积中远程探测,在农业领域中更为实用。