无线传感器网络在养殖环境监控中的研究进展

文中针对养殖环境监控现状综述了无线传感器网络技术的应用及发展趋势。重点对水产、禽、生猪养殖环境的监控技术研究进展进行了分析,论述了节点能量管理、无线传感器网络拓扑、时钟同步以及节点定位等无线传感器网络养殖环境监控中的关键技术,对研发低功耗传感器、节点优化设计、适应于养殖环境的传感器网络路由协议等研究方向进行了展望。     

基于机器人的生猪健康养殖智能监控系统设计

为提高生猪养殖环境质量和行为识别率,克服规模化养殖过程中采用人工巡检生猪异常行为特征和监测养殖环境参数存在识别效率低、准确性差和劳动强度大等问题,设计一种以轨道式机器人为采集终端的生猪健康养殖智能监控系统。系统以FPGA控制器为硬件核心,结合猪只体表特征与环境感知传感器、智能控制、图像处理和无线通信技术,构建生猪异常行为与异常环境全景和局部两级联动监测平台,实现对生猪异常行为和环境参数的全方位观察、识别和数据采集功能,提高生猪养殖过程的智能化管理水平。试验结果表明,该系统能够按照预设指令自动、快速地依次对选取猪舍猪只个体的生长情况、行为特征和养殖环境信息进行自动采集,异常行为识别率可达93.5%,停车定位精度误差为±12 mm。该研究有利于技术人员快速、准确获取生猪生长环境和健康状况信息,为生猪异常环境及时调控、异常行为快速诊断、疫病防治和疫情预警提供科学依据。     

基于无线传感器网络的稻田信息实时监测系统

针对农田环境信息采集过程中监测周期长、环境干扰大等特点,设计了一种基于混合天线无线传感器网络稻田环境信息实时监测系统,采用分簇路由协议进行组网,为不同类型的节点配置不同类型的天线,并使用转台控制汇聚节点定向天线的方向,以扩大网络的覆盖范围和提高系统的稳定性。基于该系统进行长时间稻田组网试验,对网络丢包率和稻田环境参数采集准确性进行测试,试验结果表明,系统运行稳定、测量准确,网络数据平均丢包率为0.44%,稻田空气温度、空气相对湿度和土壤含水率的平均相对误差分别为0.26%、0.64%和0.33%。     

基于粒子群算法的生猪养殖物联网节点部署优化研究

要构建有效稳定的生猪养殖物联网系统,无线传感器网络的覆盖率和连通性是网络节点部署中需要考虑的2个关键问题。采用粒子群算法结合虚拟力算法提高网络覆盖率,通过增加节点的方式提高网络连通性。以生猪养殖场物联网系统中节点部署为应用实例,以猪舍墙壁作为主要障碍物进行部署优化,仿真结果显示虚拟力导向的粒子群算法可提高网络覆盖率15%,而提升连通性只需增加10个节点,网络性能得到了明显改善。     

基于物联网的生猪养殖环境信息采集系统

利用传感器和网络通信技术,构建基于物联网的生猪养殖环境信息采集系统。在猪舍布控各类传感器、RFID、图像采集等设备对生猪养殖环境信息进行采集存储,并通过蓝牙、ZigBee、5G等信息传输技术进行数据高效、稳定、快速地传输。在处理层和应用层,通过终端设备对养殖环境信息进行处理分析,从而实现对生猪养殖环境的监控和有效管理,为现代化畜牧业发展提供可靠的数据基础。生猪养殖环境信息采集系统在科学管理和精准饲喂等方面具有良好的应用前景和基础支撑。      

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。     

多传感器和图像信息融合的养殖监测系统

针对农业畜牧养殖环境的特性,设计出用于养殖环境和监视区域的监测系统.该系统把多种传感器、红外传感与图像信息融合的技术引入到对养殖的监测系统的研究中,完成了养殖数据采集、识别计数和实时报警,并通过图像的融合,克服了监测报警系统由于环境变化产生的误报警.实验结果表明,该系统测量准确、报警及时,具有一定的应用意义及推广价值.     

基于WSN的北美冬青鲜切枝冷链全过程监测系统

为了保证北美冬青鲜切枝冷链物流过程中的品质，提高冷链物流过程的可追溯性和透明度，以433MHz为发射频率，温湿度和气体环境为关键参数，设计了面向北美冬青鲜切枝冷链物流的无线实时监测系统。系统包括从传感器节点、主传感器节点和远程监测系统。从传感器节点集成了温湿度传感器、CO2传感器和乙烯传感器，主传感器节点用于建立和维护无线传感网络和汇集数据，远程监测系统用于远程实时监控。同时，对传感器节点的标定、准确性和功耗进行测试，并且将该系统应用于北美冬青冷链实地监测。结果表明，监测系统能够很好地应用于北美冬青存储和运输全过程，且能够稳定、准确地监测冷链环境温度、相对湿度、CO2和乙烯体积分数等关键参数的变化过程，有效反映了北美冬青鲜切枝的品质变化。     

基于 ZigBee 的中国林蛙养殖大棚测控系统

基于ZigBee 无线传输协议和CC2430芯片,设计了用于中国林蛙养殖大棚环境的测控系统。该系统由PC上位机、协调器节点、路由器节点、传感器节点和执行机构节点组成。设计了人机交互界面,实现了实时监控环境参数、自动报警和执行。通过对传感器节点和执行机构节点的测试与验证表明,该系统能够快速、准确地对监测区域的温湿度与光照强度进行采集、传输和控制,减少了人员管理的工作量,提高了中国林蛙的成活率。     

基于ZigBee技术的多控制方式监测系统的设计与实现

利用ZigBee技术,依靠PC机和无线数据采集节点,搭建了一个无线传感器网络监测系统,用户可以通过PC机上的多控制方式命令,实现对监测环境中的某一节点、某一区域节点或全部节点进行控制。实际应用表明,在中国林蛙温室养殖监测环境应用中,该系统控制灵活、监测更加准确,同时在其他无线监测环境应用中同样可以适用。     

食用菌养殖环境实时监测报警系统的研究与实现

为提高食用菌产量和质量,必须确保食用菌在适宜的环境下进行养殖。基于此,以Zigbee技术为核心,设计食用菌养殖环境信息采集节点和支持485通信的网关,构建食用菌养殖环境中的无线传感器网络,实现监测数据实时显示,并在环境监测数据异常时进行灯光报警和声音报警。同时,基于.Net技术开发对食用菌养殖环境监测数据进行存储显示处理的上位机软件。该系统在食用菌养殖环境内进行应用,结果表明,该系统工作性能稳定,可以实现食用菌养殖环境信息实时监测与报警。     

农业远程温湿度监测装置的设计—基于NRF24LE1和GPRS

农产品的质量与其生长环境和保存环境密切相关,而农业对象又具有分散偏僻的特点,因此研究便捷、低功耗、精确的远程温湿度监测装置具有现实意义。此装置由传感节点和中继节点组成,传感节点选用NRF24 LE1低功耗器件,负责感知环境的温湿度,通过2.4 GHz无线短距传输上传至中继节点;终端PC利用GPRS远距离与中继节点通信,实时周期性收集中继节点汇聚的传感数据。传感节点与中继节点间采用防碰撞延时发送机制,实现传感节点的低功耗和数据有效传输。中继节点与终端PC通过GPRS网络建立UDP连接,使系统可以管理多个中继节点,可扩展性好。     

基于无线传感的丘陵葡萄园环境监测系统研究

为了解决丘陵葡萄园环境信息和土壤墒情的无线监测问题,设计了一种能够实时采集、传输数据的丘陵葡萄园环境采集系统。系统基于无线传感器网络技术,采用Amega128L微处理器和CC2420芯片为基础设计无线传感器节点,传感器节点上接有土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器以及光照强度传感器,通过这些传感器采集葡萄园环境信息。传感器节点将采集的环境信息经无线方式传给汇聚节点,汇聚节点通过RS232串口将数据传到上位机的数据库中,实现了丘陵葡萄园环境信息的无线实时监测。试验研究表明,系统具有功耗低、传输数据实时可靠等优点,能很好地实现丘陵葡萄园环境监测的应用要求。     

温室无线传感器网络监控系统的事件驱动调度器

针对基于无线传感器网络构建的温室环境监控系统的整体性能受时变传输延时、丢包、网络拥塞、延时抖动等不利网络属性的影响,提出一种采用事件驱动机制的反馈调度策略.该反馈调度策略以截止期错失率作为网络服务质量性能评价指标,针对传感器节点和汇聚节点间的数据传输,利用反馈控制技术在线调整各个传感器节点的采样周期,使传感器节点的带宽要求适应网络负载的动态变化,从而保证网络服务质量维持在一定水平;在此基础上,引入新型的事件驱动机制来降低反馈调度策略设计难度和资源消耗.实验表明,该事件驱动反馈调度策略合理、有效并实用.     

基于Web的水产养殖环境监控物联网系统

讨论了通过对网际组态软件Web Access的应用,实现对水产养殖环境实时监控物联网系统的开发。该系统由传感器采集网络、中央服务器与Web Access监控节点网络、养殖户和远程专家组成。通过传感器节点采集水质参数信息,并将采集到的信息通过GPRS发送到中央服务器,利用Web Access实现人机交互,养殖户就可以通过互联网实时查看水质的相关参数与控制设备的实时状态。而养殖户所遇到的养殖问题也可以通过Web浏览器来访问远程专家得以解决。      

基于WSN的水产养殖环境监测系统

将无线传感器网络(WSN)技术引入到环境监测系统的开发中,可有效解决水产养殖工作环境复杂、监测地点分散和布线成本高等问题。所介绍的监测系统以一套无线传感器网络节点来形成获取环境参数的自组织网络,利用一种基于GPRS的远程数据传输系统实现无线传感器网络与远程监控端的通信,并通过监测软件对数据进行接收、观测和存储。实验室和水产养殖基地的测试表明,系统运行稳定,数据真实可信,可对水产养殖环境进行有效监测。     

基于物联网的规模化畜禽养殖环境监控系统

规模化畜禽养殖已经成为畜禽养殖的趋势,其对环境的要求比较严格。为此,基于物联网技术对规模化畜禽养殖环境监控系统进行了设计。该系统采用簇型无线传感器网络结构,进行了智能管理模型设计。系统以MSP430单片机为现场控制中心,采用RFID技术,组建猪只智能群养管理系统;依据分布在养殖环境的传感器获得的环境参数,精确调整猪舍环境;采用B/S(浏览器/服务器)模式,通过远程控制系统,实现远程实时监控。试验结果表明:该系统性能稳定,对信息的无线采集、环境自动调控及远程可视化调控均达到实际需求,适合畜禽养殖智能化精准管理,可应用于规模化、智能化畜禽养殖业。     

温室无线传感器网络监控系统的事件驱动调度器

针对基于无线传感器网络构建的温室环境监控系统的整体性能受时变传输延时、丢包、网络拥塞、延时抖动等不利网络属性的影响，提出一种采用事件驱动机制的反馈调度策略。该反馈调度策略以截止期错失率作为网络服务质量性能评价指标，针对传感器节点和汇聚节点间的数据传输，利用反馈控制技术在线调整各个传感器节点的采样周期，使传感器节点的带宽要求适应网络负载的动态变化，从而保证网络服务质量维持在一定水平；在此基础上，引入新型的事件驱动机制来降低反馈调度策略设计难度和资源消耗。实验表明，该事件驱动反馈调度策略合理、有效并实用。     

水产养殖水质环境无线监测系统设计与实现

针对目前水产养殖环境监测手段及监测设备基础薄弱、相对落后的现状,应用无线传感技术、嵌入式计算技术、微机电技术(MEMS)、分布式信息处理技术及无线通信网络技术于一体的无线传感器网络,为水产养殖环境提供数字化、网络化、智能化的实时动态监测系统。该系统不仅能够对水产养殖环境的主要检测指标(水温、PH值、溶氧量、浊度、氨氮等)进行实时监测,还能够对检测指标进行数据融合和挖掘,以建立水产养殖环境检测指标历史数据库,实现监测数据的本地或远程、实时、动态显示和分析,为水产养殖过程中有效提高水资源利用率、改善养殖环境质量、降低污染物的排放等提供了一种重要技术手段和科学依据。     

基于WSN的低功耗湿地土壤监测系统设计

针对扎龙自然保护区的土壤环境监测需求,采用CC2530PA模块设计终端节点,基于Z-Stack协议栈搭建自组织传感网络,传感器选取土壤湿度传感器、温度传感器以及雨滴传感器,组建低功耗湿地土壤监测系统。系统结合低功耗路由协议和实际环境监测需求提出采集发送端低功耗节点设计的改进算法,有效地减少节点的功耗、传输延迟和丢包率,从而延长整个网络生存时间。