基于低功耗的发射功率自适应水稻田WSN监测系统

针对农田环境信息监测存在能量有限、节点通信距离各异等特点,设计了一种基于接收信号强度和丢包率的发射功率自适应水稻田监测系统,并搭建了一个长期、稳定且可靠的低功耗无线传感网络。硬件方面,为扩大网络的覆盖范围和提高系统的稳定性,采用频率异构的方式对节点分簇,为不同类型的节点配置不同类型的天线。软件方面,为提高CPU利用率,各类节点程序设计采用基于小型嵌入式实时操作系统FreeRTOS;为降低功耗,采取定时休眠唤醒、传感器掉电控制的工作模式和基于感知数据差的低功耗自适应机制。试验结果表明,在150 m通信距离内,系统可以根据当前的通信质量,将节点的发射功率自适应地调整到实现当前通信可靠性所要求(丢包率小于1.3%)的最小发射功率上;对比10 d Bm固定发射功率,当发射功率自适应算法调整为8、6、3 d Bm时,节点续航能力分别提升了11.9%、21.4%和33.3%。通讯性能对比表明,本设计节点的通讯性能明显优于其他3种基于不同发射功率自适应算法的节点,从而验证了本系统的可靠性与实用性。     

基于无线传感技术的稻田信息监测系统

针对稻田信息监测周期长、环境干扰大、采集速度慢、采集方式管理缺乏自动管理等特点,设计了一种基于无线传感技术的稻田信息监测系统。同时,采用Cluster Tree+AODVjr路由算法和分簇算法进行组合,设计了具有异构性能的节点,配置了不同的天线类型,提高数据传输距离和质量。实验数据表明:该系统可以采集稻田的温度、湿度和土壤含水量,运行稳定,数据正确传输率都在90%以上,空气温度、空气湿度和土壤含水量的相对误差分别为0.43%、0.34%和0.73%。     

无线传感网技术在水产养殖环境参数监测中的应用

针对国内水产养殖存在的在线监测系统受到现场条件限制,检测点不易更改和扩充,在恶劣和危险环境难以推广等问题,基于低功耗ZigBee CC2430无线通信技术设计一个水产养殖环境参数监测系统。对传感器节点进行设计,对养殖环境信号的采集、处理方法进行研究,为ZigBee网络降低了数据流量,在此基础上组建Zig-Bee网络,用于数据传输。该系统采用星型拓扑结构组网,通过在监测区域部署网络节点,以ZigBee CC2430芯片为核心控制单元的传感器网络节点实时采集水体温度、溶氧量浓度和pH值等环境数据,将监测数据汇集到监测中心,实现统一的数据管理和网络路由监测功能。试验证明,该系统稳定性好,数据传输可靠性高,通过增加数据采集频率,减少了数据丢包率,适用于不便直接连线的水产养殖环境监测场合应用。     

鹰嘴桃园土壤湿度检测的无线传感器网络节点设计

为了采集鹰嘴桃园的土壤湿度,设计并在鹰嘴桃园环境中部署基于CC2430无线收发模块的传感器节点。以能量异构的路由协议为基础,仿真并验证了协议中高级节点比例变化时,网络稳定性的变化,解决了网络稳定周期短、节点能耗不均衡等问题。在鹰嘴桃园中分别进行网络规模、节点部署类型等因素对网络性能影响的试验,鹰嘴桃园试验以土壤湿度为监测对象,通过无线传感器网络传输数据。试验表明,在5、10、15和20个节点的网络规模下,网络的延迟和阻塞随着网络规模的增加而增大,拓扑结构的稳定时间也随之延长,在数据传输时间间隔分别为10、20、30和40s时,丢包率也随传输间隔的增加而降低,同等条件下,菱形部署的丢包率低于随机部署的丢包率。     

农村饮用水源地水质监测节点研制

针对目前农村饮用水水源地水质监测存在实时性差、监测区域小、多点同步连续感知手段缺失等问题,对水源地水质在线监测传感器节点和GPRS网关节点进行了设计。传感器节点负责对监测区域水质参数进行采集,通过无线传感器网络将数据发送至网关节点,并由网关节点通过GPRS模块远程传输数据至监测中心。传感器节点与网关节点在系统休眠时的电流消耗平均为0.026 m A,传感器节点在数据采集、数据发送以及数据接收时的电流消耗分别为32.82、27.35与23.45 m A,网关节点在数据发送、数据接收以及数据上传时的电流消耗分别为34.47、30.12和57.43 m A;节点p H远程采集误差范围为0.63%~1.67%,溶解氧远程采集误差范围为1.10%~2.20%,温度远程采集误差范围为2.23%~2.27%;在43 d的组网测试中,网络平均丢包率为2.08%。测试结果表明,所设计的节点与网关可实现数据采集以及远程、稳定传输,满足农村饮用水水源地水质在线监测需求。     

基于无线图像传感器网络的农田远程监测系统

为了实时获取农田图像和视频信息,提出了基于无线图像传感器网络的农田远程监测系统。针对当前图像传感器节点存在的不足,基于CMOS图像传感器和S3C6410嵌入式处理器设计了低成本、高分辨率的无线图像传感器节点,并研究了基于驱动层和应用层协作的分辨率实时调整算法,使得节点具备10种不同的分辨率,最高分辨率可达500万像素,而且分辨率可根据用户需求实时调整,以满足用户对不同图像精度的需求。采用Wi Fi技术构建无线图像传感器网络,并通过4G网络远程传输图像和视频到服务器。在服务器端开发了基于Web的可视化农田信息管理软件,实现对采集的数据进行有效存储、管理和应用,并为用户提供网络服务。部署了该系统并进行了长时间的运行测试试验,试验结果表明:系统可稳定地运行,能够根据远程指令采集并传输不同分辨率的图像,采集并传输1幅126 KB左右的图像平均耗时为5.36 s,网络平均丢包率为1.67%,客户端开启视频监控平均时延为3.48 s,视频播放流畅。     

基于WSN和模糊策略的粮情监控系统设计

针对粮仓中温湿度等被控对象的大滞后及大惯性特点,设计一种基于无线传感器网络的粮情监控系统,采用星型拓扑结构组网,通过在监测区域部署传感器网络节点,将监测数据汇集到中央监控系统,实现统一的数据管理和网络路由监测功能。该系统能够实时监测粮仓中温湿度变化及进行模糊控制,使其获得最佳预期值,实现粮情的自动化控制。试验证明,该系统稳定性好,数据传输可靠性高,通过增加数据采集频率,减少了数据丢包率,该系统使用灵活,适用于不便直接连线粮情监控场合应用。     

基于WSN的水产品冷链物流实时监测系统

为降低水产品物流损耗、提高水产品冷链物流信息化程度,以ZigBee协议为基础,围绕CC2530型无线传感片上系统,设计了基于无线传感网络(WSN)的水产品冷链物流实时监控系统。系统包括用于采集温度数据的监测节点、用于ZigBee网络组织与数据汇聚的协调器节点和用于实时监测、数据存储和网络控制的远程管理系统。冷链环境系统测试表明监测系统能够应用于水产品冷链物流仓储和运输的全过程,监测节点在变温箱温度-18℃时工作可靠。通信性能测试表明使用-3 dBm射频功率在30 m通信范围内丢包率小于8.4%,节点通信能耗低。     

基于UWB定位的智能温室三维温湿度检测系统研究

为解决现有无线检测系统无法精准有效反映温室内立体空间的环境变化情况，以及传感器节点定位误差大、硬件成本高等问题，设计了一种基于UWB(Ultra wide band)定位的智能温室三维温湿度检测系统。系统通过一款自主设计的集成UWB定位模块的STM32F系统板对各传感器节点进行定位，并搭载AHT25型高精度传感器对环境数据进行采集。UWB主基站使用4G网络通信模块将各传感器数据及位置信息发送到上位机，并在Web端根据HTML5技术实现温室三维温湿度场可视化，完成温室三维温湿度远程检测。系统定位测试试验证明，各传感器节点精度主要集中在10～30 cm范围内，部分节点测量位置误差大于50 cm,各节点最大丢包率为2.5%,平均丢包率为1.9%,满足温室测量基本需求，对检测温室热工缺陷区域以及研究植物生长适宜环境有重要意义。     

节水灌溉监控系统设计——基于WSN和模糊控制策略

针对农田灌区范围广、数据量大和实时传输难的特点,设计了一种基于无线传感器网络的农田自动节水灌溉系统;综合运用无线传感器智能信息处理技术和无线数据通信技术,全面提升系统的自动化与监测水平。该系统采用星型拓扑结构组网,通过在监测区域部署ZigBee网络节点,将监测数据汇集到嵌入式测控系统,实现统一的数据管理和网络路由监测功能;以微处理器芯片为核心控制器件,由无线传感器网络节点实时采集和处理土壤温湿度数据,并将其发送到接收端,在接收端对数据进行存储和显示,实时监测土壤温湿变化,实现节水灌溉的自动化控制及水资源的高效利用。试验证明,该系统稳定性好,数据传输可靠性高,通过增加数据采集频率,减少了数据丢包率,使用灵活,适用于不便直接连线的一般监测场合应用。     

基于模糊PID控制的NB-IoT果蔬农业物联网系统设计与试验

针对传统果蔬农业大棚环境数据感知不强、现场维护工作量大、无线覆盖区域受限、生产管理效率低、成本高的问题,提出一套基于模糊PID控制的NB-IoT果蔬农业物联网系统设计。以STM32L475VET6超低功耗芯片为主控芯片,通过NB-IoT和ZigBee双协议融合组网技术和环形缓冲队列算法组建广域无线网络,设计现场监测终端与远程云监控平台,将局域终端节点采集的环境因子信息接入云服务器进行统计与分析。系统根据采集到的数据自动调控反馈控制设备,达到低功耗模式下的广域覆盖监测并智能反馈调控果蔬大棚环境因子的目的,实现感知层、网络层到平台层和应用层一套完整的果蔬大棚物联网系统设计。将模糊PID控制算法应用于温棚环境调节的仿真测试表明,〖JP3〗系统平均丢包率为0.088%,空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度等环境因子参数平均相对误差保持在0.5%以内,NB-IoT休眠功耗小于9 μA,能实现智能反馈控制并保证系统多节点部署、多参数检测、低功耗工作、广覆盖通信的条件,使系统具有更高的复杂环境适应性和稳定性。     

基于物联网的果园药水肥一体化控制系统设计与实现

针对山地丘陵果园生产作业中,病虫害防治和灌溉工作量大,人工成本上升,同时我国当前施肥模式粗犷、水肥浪费量大、肥液浓度不好控制等问题,结合物联网技术和互联网技术设计一种基于物联网的果园药水肥一体化控制系统。该套系统以基于CC2530的ZigBee节点为基础,结合MCU单片机及各类传感器,通过ZigBee网络实现远程监测和控制执行模块执行各种功能,同时采用模糊控制对水泵进行精准控制,实现对果树的精准施药、施肥和灌溉,并进行试验验证。结果显示,ZigBee网络的丢包率与距离没有明显关系,与上位机软件发包频率有一定关系;系统能够实现远程监测与自动控制,实时显示空气和土壤湿度、EC值和pH值等监测数据;混合药池的EC值经过系统调节690 s左右,达到设定值1.5 ms/cm,土壤EC值经过系统调节810 s左右,达到设定值1.2 ms/cm附近;同时系统根据不同的土壤EC值与混合药池EC值执行不同的灌溉方案与混肥、施肥方案,精准控制灌溉施肥,有较好的稳定性。     

农用灌溉水水质监测系统设计—基于无线传感设备网络

近年来,由于生活垃圾和工业污水的污染,农用灌溉水水体污染严重,较多灌溉区水质发生了很大变化,不再符合农业灌溉标准。为了实现对水参数的监测,提出了一套基于无线传感设备网络的水质监测系统。该系统以无线传感器为基础,通过无线传感设备网络采集水质的p H值、温度及溶氧量等信息,并通过节点完成数据传输与处理,实现对水质环境参数的有效监测。系统以STC15F2K60S2单片机为核心处理器,完成对数据的采集、处理以及通信。试验结果表明:该系统测量精准,运行稳定,数据传输丢包率低。     

基于嵌入式机器视觉的水稻秧盘育秧图像无线传输系统

杂交稻机械化秧盘精密播种育秧过程中需要人工实时监测,以保证秧盘播种性能,为解决传统人工长时间户外、低效的监测方式,设计了基于嵌入式机器视觉的水稻秧盘育秧图像无线传输系统。系统由嵌入式开发平台、无线Wi Fi网关、高清网络摄像头、红外传感模块、远程服务器等组成。嵌入式开发平台采用Tiny4412开发板,并在其上移植Linux系统、摄像头驱动、GPIO口驱动;采用Qt开发工具,完成图像采集、实时显示,并设计出友好的人机交互界面;利用Jpeglib静态库对图像进行数据压缩;利用无线Wi Fi局域网、嵌入式系统和远程服务器按照规定的协议通过Socket通信进行数据传输。远程服务器基于Netty框架对采集到的图像数据进行校验、实时显示和保存。试验结果表明,不同分辨率图像的无线传输速率均满足育秧流水线实时作业要求,JPEG格式的图像经过数据压缩,其传输速率大大提高;嵌入式采集终端能够稳定采集播种秧盘图像,并成功地上传到服务器,网络平均丢包率为0.23%,误码率为0.23%。     

基于物联网的温室农业种植环境监控系统研究

为有效提升我国温室种植环境监控系统工作的智能化与精准化水平,以农业物联网为应用平台,针对监控系统进行设计研究。以温室种植的功能需求为切入点,采用物联网各层级分别构思、整体融合的方法,建立基于物联网的参数监测数学模型,并从软件设计与硬件配置两大维度构建完整的监控系统。试验结果表明:监控系统的网络数据丢包率可控制在0.70%以下,温室空气温度、相对湿度、种植土壤湿度等关键参数的系统监测值与实地测得值误差不大,可控制2.50%以下,系统监测稳定性可提高至90.00%以上,满足监测功能需求,监控效率得到显著改善,有利于进一步指导温室种植与设施农业装备的深度优化。