桉树人工林中433MHz信道LoRa信号的传播特性

LoRa技术是最新出现的一种无线通信技术,具有低功耗、距离远、工作在非授权波段等特点,与ZigBee等现在常用的无线通信技术相比,其在人工林无线传感器网中更具潜力。然而由于LoRa的传输受环境影响较大,目前在人工林中传播特性的研究还处于空白。本研究基于Shadowing信号衰减模型,在广西东门林场中测试了433 MHz信道LoRa信号在两种天线高度下(1.5,2.0 m)和3种不同环境下(开阔环境、3 a林龄桉树人工林,5 a林龄桉树人工林)LoRa信号接收强度(RSSI)随距离变化的情况,每种条件下得到了两组数据。首先利用其中一组数据对模型进行拟合,拟合结果表明,LoRa信号传输遵从Shadowing模型,拟合度在0.886~0.982。然后利用另一组数据对模型的精度进行验证,验证结果表明,模型精度较高,模型的精度介于0.780~0.961。最后分析了桉树人工林中影响LoRa信号传输的主要因素。本研究的方法和获得的信号衰减系数可以为桉树人工林无线传感器网络监测中LoRa节点的组网和部署提供依据和参考。     

能量高效的农田无线传感器网络拓扑关联路由算法

针对农田无线传感器网络节点分布不均、能量约束严格等特点,提出了一种能量高效的簇头选择方法TBCS-EA,在以剩余能量进行簇头选择的基础上根据节点拓扑位置、拓扑密度等进行加权,使距离sink较近的节点与密集区节点大概率成为簇头,提高成簇能量使用效率。针对现有成簇算法频繁进行簇头选举,算法开销大等问题,提出了一种能量逼近式簇头轮换机制,节点连续担任簇头并以某一目标进行能量逼近,在达到逼近目标后进行根据簇内信息指定新簇头,减少簇头选择的次数与协议开销。仿真与实验结果表明,TBCS-EA算法的网络生命周期约为LEACH的2.2倍,CHCS的1.5倍,从节点能量曲线看能耗均衡效果与CHCS相当,明显优于LEACH。结果显示TBCS-EA综合性能较之于现有算法有明显提升。     

向环境采集能量的WSN中的自适应周期机会路由算法

如何让可以采集能量的节点充分利用环境能量,从而提高整个网络持续高效工作的能力是在能量采集无线传感网中的关键问题。目前的研究主要集中在如何均衡分配可进行能量采集的节点的能量,从而在提高节点寿命的基础上,实现网络寿命延长,但是仍然存在环境能量变化的不确定性导致的风险。笔者提出了自适应周期机会路由算法,首先对节点进行地理分区,再分配优先级,最后进行优化后路由处理。仿真结果表明,该算法能实现对环境能量更加高效的利用,并能有效提升网络的吞吐量和网络效率。     

基于无线传感器网络的水质监测系统研究

针对国内外水质环境研究中水质样品异地监测分析存在的巨大缺陷,研究了水质自动监测系统。文章介绍了基于无线通讯传感器网络的简易水质自动监测系统,实现水质数据自动采集和实时上传,可以实现对钱塘江源头水质（衢州水质）进行更好的监测及保护。     

基于WSN的油菜生长环境数据采集系统

针对传统作物生长环境数据获取手段实时性差、劳动强度大以及部署微型自动气象站和商用Zigbee产品成本高、开放性较差等问题，设计并实现了一种基于WSN的油菜生长环境数据采集系统。提出了轻量级的能量感知路由协议CLFP，并给出了软硬件的相关设计方法。仿真和大田试验结果表明，系统温度采集精度最高可达0.01 ℃，测湿精度达±5%，光强采集范围为1~65 535 lx，可并发的数据传输达到36路，可满足农业现场环境数据的较高测量要求。在标称电源供电情况下，系统实际有效生存周期超过142 d，由于采用AT89C51和nRF2401作为基础硬件平台，成本低廉，有助于大规模部署和应用。     

基于信道测试的橘园WSN网络部署试验

为解决无线传感器网络(WSN)规划与快速部署问题,基于无线信道传播特性,研究橘园WSN射频信号衰减模型,指导WSN部署并进行了组网试验.选433 MHz与2.4 GHz载波频率,基于连续无线电波在通信码率、天线增益、调制扩频方式、数据包长度和通信距离等多因素作用下分析WSN射频信号在橘园的衰减,建立2频率射频信号接收强度与环境传播因子及通信距离间的模型,拟合R2最小值与最大值分别为0.957031与0.971218,0.9546与0.9863.通信码率低于1.2 kb/s且远距离通信时,433 MHz CC1110具有优势;发射功率与天线增益相同时,433 MHz平均信号强度高于2.4 GHz;通信码率相同时,CC2530丢包率低于CC1110.针对橘园选ZigBee设计星型WSN进行组网试验,结果表明,尽可能短数据包与较低通信码率的通信协议较好;WSN各节点平均通信成功率高于84％.     

基于 ZigBee 技术的农田监测系统设计

当前无线传感器网络技术逐渐成熟,促进了智能农业和精准农业的发展。为获得实地、大范围和实时的农田信息,提出了一种基于ZigBee 技术的信息监测系统设计方案,包括硬件平台的设计和系统软件的开发。硬件平台以ATmega 128单片机和CC 1101射频芯片为核心,主要由数据处理单元、无线模块、传感器控制矩阵、数据存储、供电单元、模拟接口和数字接口等构成。在TinyOS 操作系统的开发平台上利用 nesC 语言实现了传感器节点和汇聚节点的软件开发。对传感器节点主要进行了传感器驱动程序设计,而汇聚节点主要进行了串口通信编程。此外,根据节点不同的工作模式,设计了节点的节能算法。该系统稳定、可靠,满足设计需求。     

基于WSN的猪舍环境监测系统设计

在规模化养猪生产中,猪舍的温度、湿度和氨气浓度等环境因素直接影响着猪的健康及生产能力,猪舍环境监测受到国内外专家的普遍重视。针对国内目前猪舍环境监测相对落后的现状,基于无线传感器网络,设计了高效的猪舍环境三级监测网络系统。以Zig Bee模块CC2430芯片为核心设计了传感器终端节点、单舍控制节点和Zig Bee协调器,同时给出了软件流程及多传感器数据处理和融合算法。通过实际测试表明:监测系统可以在55 s内完成终端节点环境数据采集到传送至控制中心计算机中,高效地实现了现场数据采集、数据处理和各级网络间的数据通信。系统可为猪舍环境监测提供可行的解决方案。     

苹果园中土壤水分空间分布特性初探

无线传感器(WSN)能通过互联网感知客体环境信息,已经广泛应用于农业生产环境监测.将WSN应用在苹果园中,监测果园环境信息,为苹果生产提供决策支持.土壤水分是影响苹果品质和产量的重要因素之一.研究果园中土壤体积含水量的分布规律能为WSN在果园应用中土壤水分传感器部署策略提供支持.在北京一个普通的苹果园进行实地试验,采用土壤水分测量仪测量3个典型子区域不同土壤深度及不同水平位置多个点的土壤体积含水量,结果表明:总体上在果树周围土壤体积含水量随着树根距离的增加而增加;计算了3个典型子区域及整个果园3个土壤深度的均方差,91.7％的均方差均为2％～3％,在各个子区域及整个果园,土壤水分具有相似的分散程度;计算了每个子区域每个测量点的土壤水分均方差.1％～2％之间的均方根误差所占比例最大,为48.2％.当土壤深度小于300 mm时,水平层面的均方差大于垂直方向.根据试验结果,提出了一种“以单棵树为目标,着眼于整个果园”的土壤水分传感器部署方法.     

基于WSN的保温运输车环境监测系统的设计

针对保温运输车厢内环境信息采集困难、无线通讯信号易受车厢壁和厢内货物阻隔等问题,以Zigbee CC2430为基础,设计了保温运输车冷藏厢内环境无线监测网络.无线采集节点按照一定规则分布在车厢内,负责接收并执行协调器发送的采集命令、上传采集的环境信息,并针对CO2传感器非线性输出,在信号调理基础上,采用Matlab拟合输出曲线,提高了CO2浓度测量的准确性.试验调试结果表明,该系统功耗低,在通信范围内丢包率小于15％,性能稳定,达到预期效果.