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WSN和RFID的农产品冷链物流监控追踪系统

针对农产晶物流需要低温、快速、易监管、能追溯和成本低的特性,结合WSN和RFID技术优点,提出了一种基于WSN和RFID技术的农产品冷链物流监控追踪系统.为此,给出了农产品在冷藏运输过程中以及在冷库中的监控与管理方案;阐明了整个系统中数据的具体流向,并对关键部分进行了设计.结果表明,该系统不仅能够实现农产品所处环境以及农产品品质的实时监测,而且显著提高了冷库管理与配送的效率和准确性,具有广泛的应用前景.     

基于分簇数据融合的农产品冷链温度监控方法

针对现有基于无线传感网络的农产品冷链物流监测系统,传感器节点数据传输量大,带宽利用率低、能耗高,网络生命周期短的问题,提出了一种基于算术平均值与分批估计的簇内数据融合及自适应加权的簇间数据融合冷链温度监测方法。首先利用疏失误差对采集数据进行预处理,然后利用平均值与分批估计方法对簇成员节点发送的数据进行融合处理,最后簇头节点利用自适应加权算法对接收到的成员节点数据进行进一步的融合处理。实验证明,基于该数据融合方法的冷链监测系统网络生存周期相比传统方法提高了34.2%,稳定周期相比于传统低功耗自适应集簇分层型协议提高了11.4%,数据融合精度高于传统算术平均值法7.6%,系统能耗每轮降低约32.5%。能够有效降低冗余和可信度较差的数据对测量结果带来的影响,减少不必要数据传输损耗,降低了冷链物流成本,提高了农产品冷链物流信息化程度。     

面向农产品冷链物流监测的无线气体传感器在线校准方法

鲜活农产品冷链保鲜、保活运输过程中需要精确监测和控制运输微环境气体浓度,因此实时精准地监测运输环境中各类气体成分浓度尤为重要。在长期气体浓度监测中,传感器会发生漂移并呈现弱稳定性现象,从而造成监测精准度降低,导致保鲜、保活控制低效。针对该问题,设计基于无线传感器网络的气体传感器在线校准方法,利用融合技术对运输环境中分布式部署的无线气体传感器进行周期性选举,筛选测量准确、稳定的领袖传感器节点组作为参考,动态计算终端传感器漂移特征参数变化,并使用无线通讯技术完成各类气体感知节点输出-浓度映射函数参数的修正调节,以重新计算输出信号与气体浓度的动态映射关系。该方法可非更换地实现在线气体传感器动态校准,从整体上修正了运输微环境中气体传感器输出-浓度映射参数以提高数据获取精度。以鲟鱼低温无水休眠保活运输为试验流程,对重要环境气体CO2、O2、NH3等浓度信息进行了监测与校准试验。利用高精度、已校准的气体浓度记录仪作为运输微环境气体浓度测量标准,进行校准试验评估。试验表明传感输出信号为TTL电平的CO2传感器可提高测量精度3.28%,其精度提高程度低于线性或非线性函数输出的气体传感器;对于输出-浓度映射为非线性信号的NH3气体监测精度可提高4.14%;针对传感输出为线性函数关系的O2传感器校准效果最优,其监测精度可提高4.71%。综合对比运输气体变化监测数据,验证了在不更换传感器进行离线气调校准的情况下,所提方法可较显著地提高气体浓度监测精度,为有效精准调节冷链运输微环境气体浓度提供了调控依据。     

基于WSN的大区域农田土壤远程监测系统设计

为满足现代农业对大区域农田土壤的监测需要,设计了一套基于Zig Bee和WCDMA技术的远程监测系统。该系统利用CC2530核心芯片组建农田内节点间Zig Bee网络,使用DTU通过WCDMA的3G上网方式进行远程数据传输,采用太阳能供电。该设计利用Lab VIEW开发上位机软件并进行Web发布,可对大区域农田土壤温度、湿度、p H值和电导率远程实时监测和多终端可视化显示。实验结果表明:该系统在划定的40 000m2试验田内,运行稳定,界面友好,使用方便,满足现代农业监测要求。     

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。     

基于SPC的农产品冷链物流感知数据压缩方法

针对无线传感器网络实时监控的农产品冷链物流环境中,传感器节点的感知数据传输频率高、能耗高和监测时间短的问题,提出基于统计过程控制( SPC)的感知数据压缩方法,设计了适用于传感器节点数据处理的动态-单值-滑动极差(D-X-Rs)算法.通过冷链物流环境试验仿真,对比了D-X-Rs算法、阈值算法和K-滑动均值算法的数据压缩性能.结果表明,D-X-Rs算法数据的每数据点压缩开销(CCP)在温度稳定和波动状态均与最优方法所得结果接近,具有良好的平衡性和适应性.     

基于WSN的水环境监控系统设计

针对湿地水环境监控需求,采用CC2530芯片设计无线传感器网络终端节点,基于Z-Stack协议栈构建局域自组织无线网络,水体监测传感器的终端节点采集的数据最终汇聚到由CC2531和ARM构建的协调器上,经GPRS与远程上位机客户端建立通信链接并接入互联网络。该系统可以广泛应用于湿地等大范围环境监控,具有成本低、便于维护和节约人力资源等优点。     

基于WSN的动物监测平台的应用研究

传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,具有十分广阔的应用前景,引起了学术界和农工业界的高度重视。为此,针对目前饲养场对动物的行为特征和健康状况无法实时获取的情况,提出在畜牧业中利用无线传感网络传送动物的信息,解决了饲养动物生理特征信息实时传输的问题。同时,根据饲养场的实际情况,结合无线传感网络的特点,设计了一个切实可行的无线传感器网络动物检测系统,系统解决了网络部署、节点设计、节点定位、路由和可视化平台的设计等问题。     

生鲜肉冷链物流体系建立研究

由于肉类保鲜期短,对温度要求高,因此完善的冷链体系是保障肉类质量安全的主要手段。文章通过利用HACCP原理对肉类冷链物流中的危害因素进行分析并进行关键点的控制,最终建立以物联网为基础,以HACCP为依据完善肉类冷链物流体系。     

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WSN的茶园土壤信息监测系统设计

为获得实地、大范围和实时监测的茶园土壤信息,设计和开发了WSN(Wireless Sensor Network)的茶园土壤信息监测系统,包括数据采集节点的设计和数据管理中心软件的开发。该系统采用大量数据采集节点组成簇状结构网络,每个簇网络中的采集节点采集到的数据通过簇头到达Sink节点,由Sink节点通过串口通信将数据发送到数据管理中心,为农业科技部门决策提供科学依据。试验结果表明,系统能够实现稳定的数据传输,适合对茶园土壤信息的实时监测。     

基于WSN的农业温室环境监控系统

设计了一种基于无线传感器网络的智能化温室环境监控系统,实现了对温室内多个采集节点的温度、湿度以及光照强度的远程监控,并且通过上位机的温室环境监控软件实现了数据的显示与处理。此外,为了更合理地调控温室环境,系统建立了各种环境预测模型,对未来一段时间内温室的环境数据值进行了预测,以避免异常的发生,极大地减小农作物的经济损失。该系统结构设计合理,有良好的可维护性和可扩展性,能够满足温室环境监控的应用需求。     

基于混合WSN的智能灌溉远程SCADA系统

采用Citect组态软件、无线传感器网络（WSN）、和GPRS模块,开发设计了一套分布式精确灌溉的闭环远程SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统。该系统主要由上位机、灌溉监控器、WSN、GPRS无线通讯模块和灌溉阀门系组成。其中,无线传感器网络采用地上和地下的混合拓扑结构,灌溉控制器通过土壤水分含量调控区域面积内的灌水量;远程监控中心采用Citect组态软件实现数据、人机界面管理,并可以通过web发布来实现高层次的监控。测试和试验过程中,数据采样间隔设定为30min,选用4组WSN节点,分别测得深度为5cm和35cm处的土壤温度、含水量,测试结果与普通灌溉相比可节水约20％。该系统实现了灌溉的在线自动监控和作物的精量灌溉,创新性的建立了一种地上、地下混合结构的无线传感器网络模型,为进一步研究奠定了基础。     

基于无线传感器网络的温室CO2浓度监控系统

设计了一种温室二氧化碳(CO_2)浓度监控系统,该系统由传感器节点、CO_2浓度调控节点、无线通信网络和上位机软件平台构成。采用红外CO_2测量模块S300作为传感器节点的核心模块对温室CO_2浓度进行实时测量,并将采集到的CO_2浓度、温湿度、光照等环境信息通过无线网络传输至上位机软件平台,实现了对温室环境的远程监控。上位机软件平台对采集到的环境参数进行处理、信息网络同步,并通过模糊PID算法对温室内CO_2浓度进行智能调节。在通信过程中,传感器节点实时采集接收信号强度(RSSI),在保证数据传输质量的同时有效调整无线发射功率以延长节点寿命。在实验室条件下配备了标准浓度的CO_2气体样品对设计的传感器节点性能进行了标定和表征,结果显示,该传感器对CO_2体积分数的检测下限小于5×10~(-5);对体积分数为3×10~(-4)和6.5×10~(-4)的CO_2气体样品分别进行了10 h的长期测量,相对波动小于2.6%。将该监测系统在吉林省长春市双阳区奢岭镇国信采摘园进行了现场调控试验,试验温室面积为640 m~2,设定温室中CO_2的目标体积分数为8×10~(-4),经调控后温室中CO_2体积分数的波动范围约为(8±0.42)×10~(-4)。该CO_2监测系统具有小型化、高性价比、高测量精度等优势,实现了信息的智能化管理与远程同步,以及温室内CO_2浓度的智能调控。