基于ZigBee无线传感器网络的土壤墒情监测系统

针对当前对智能节水灌溉的需求,为精准农业提供科学依据,设计了基于ZigBee无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的土壤墒情监测系统。本设计研发了集环境自动监测传感器、无线智能控制终端和数据采集传输终端于一体的低功耗智能传感器节点,重点阐述了其软硬件设计,控制器采用低功耗单片机Msp430F149。本设计采用ZigBee无线传感器网络,能实现信息采集节点的自动部署,数据自组织传输,可应用于温室、农田等区域,有助于更好的节能节水,有效地提高农作物单位面积产量。初步测试结果验证了该系统的合理性与实用性。     

基于移动sink的农田无线传感器网络数据采集方法

针对在农田生境监测场景中，无线传感器网络在数据采集时存在数据量小和功耗大的问题，使用移动sink进行数据采集可以改善无线传感器网络的性能。移动sink在无线传感器网络中沿着预定义的路径移动并从附近的传感器节点采集数据，然而由于移动sink的速度过快或过慢导致数据采集量小或传输延迟高。通过优化传感器的数据传输调度和移动sink的速度来确定移动sink的最佳数据采集调度。仿真结果表明，该算法可以提高数据采集量和网络吞吐率。      

一种土壤墒情信息采集系统的设计与实现

针对农田土壤墒情信息采集系统存在的问题,在分析农田信息数据传输特点的基础上,利用ZigBee技术设计并实现了用于土壤墒情信息采集的无线信息传输网络节点,完成了系统的软硬件设计,对一些关键技术进行了深入分析,并针对系统提出了改进思路。测试结果表明,该系统传输距离远、可靠性高,能够满足农田信息采集的需要。     

面向精准灌溉的无线农田温湿度检测系统

从精准灌溉的需求出发,针对农田种植区域广、数据采集量大、信息实时传输难的特点,设计了基于nRF24L01无线传感器网络与GPRS相结合的农田信息采集系统,一方面解决了无线传感网络远程数据传输问题,另一方面解决了GPRS在特定区域内有较多检测点时,成本过高等问题。通过试验表明,该系统能够在实际生产过程中减少人力操作和人工测量的误差,降低农业生产的成本,并可以实现农田信息自动精确的实时采集。     

基于DSP和模糊神经网络种蛋识别系统

针对传统的无线传感器网络监测农田范围小、采样频率不足和能耗高等问题,本文设计了基于簇状结构的无线传感器网络监控系统.能实现对玉米田环境参数的测量.该网络拓扑结构是簇状结构,分为2个簇,8个终端采集节点,2个簇首节点和1个汇聚节点.为延长生存期、降低能耗,节点采用定时休眠,依据节点功能采用不同供电模块,简化协议固定簇内终端节点和簇首的位置.设计WSN-CFM (Corn Field Monitoring)系统能实现近端计算机控制信息采集、处理、传输和存储农田参数变化状况.试验节点部署在玉米田,8个终端节点有7个终端节点数据的传输正确率均超过85%,正确率较低的节点更换电池后可正常工作.系统是能实现稳定传输,适合对玉米田环境参数实时监测.     

基于ZigBeeCC2430的土壤含水率监测系统设计

针对农田土壤环境参数大滞后及大惯性的特点,基于低功耗ZigBee CC2430无线通信技术,设计了土壤含水率监测系统。通过运用无线传感器智能信息处理技术及数据通信技术,使得监测系统的自动化与监测水平得到提升。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,将监测数据汇集到监测中心,实现统一的数据管理和Zigbee网络的路由监测功能。给出了系统硬件和软件实现方法,包括无线传感器节点设计、数据采集、传输及通信等模块的实现原理。遵循模块化设计思想,传感器和功能模块可组合配置,通用性强。对于农田土壤含水率的监测实验结果表明,该系统性能稳定,能够实现数据采集、传输及显示,可广泛应用于各领域的环境参数自动监测。     

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。     

农业环境通用数据采集设备研发

针对当前ZigBee无线数据采集系统中感知节点信息采集参数单一、灵活性差、且功耗难以控制等问题。本文基于美国DIGI公司无线XBee模块和TI公司超低功耗MSP430F5系列单片机开发农业环境通用数据采集设备,其采用优化的网络协议构建低功耗ZigBeeMesh网络,并设计通用传感器接口以支持多种类型传感器。通过实验表明该设备支持数字、模拟、SDI-12等多种接口类型传感器,数据传输丢包率低,可靠性高,室外传输距离达1.3km,整机休眠功耗低至100μA,低功率太阳能电池板应用满足农业设施生产现场环境信息的有效、快速、准确、可靠采集。     

无线传感器网络在农田节水灌溉系统中的应用

针对农田节水灌溉的需要,提出了把无线传感器网络应用于农田节水灌溉系统的思路和农田节水灌溉系统设计方案,该灌溉系统由农田监测区域的无线监测网络和远程监控中心组成,可对农田需水信息变量进行实时监测。介绍了系统的总体架构,设计开发了无线传感器网络节点、基站以及软件流程。该系统采用了无线传输的方式,解决了有线通信方式所存在的难以升级、难以扩展等问题,具有低功耗、低成本、扩展灵活等优点,在农业节水灌溉方面具有广阔的应用前景。     

无线传感器网络农田环境监测管理平台设计

无线传感器网络在现代农业中有着广阔的应用。为此,针对农田环境场景,设计了一个基于无线传感器网络的农田环境信息监测管理平台。采用GPRS网络和Socket通信编程技术,将无线传感器网络节点采集的田间环境参数数据存储于服务器数据库中,由C#编写的网站平台发布监测信息。该平台能够将农作物种植地的关键环境参数准确直观地展示给用户和管理者,高效地实现了农田环境信息监测。     

土壤信息采集传感器节点的透地通信特性试验

为了揭示电磁波在土壤中传输的一般特性,部署无线地下传感器网络节点,设计了土壤信息采集传感器节点的透地通信试验.试验利用433 MHz载波频率无线地下传感器网络节点,通过小麦大田试验和计算机模拟,对不同的接收节点高度、发射节点和接收节点间水平距离等条件下传感器节点电磁波的传输特性进行了研究,建立了接收信号强度和丢包率的关系模型,提出了小麦4个生育期农田土壤信息采集传感器节点在土壤中的传输特性.试验结果表明,接收节点高度变化时,接收节点高度和节点间水平距离对接收信号强度影响的8种模型拟合优度,R²最大为0.998,R²最小为0.837;对丢包率影响的8种模型拟合优度,R²最大为0.998,R²最小为0.900.节点间水平距离变化时,接收节点高度和节点间水平距离对接收信号强度影响的8种模型拟合优度,R²最大为0.958,R²最小为0.847;对丢包率影响的8种模型拟合优度,R²最大为0.997,R²最小为0.941.     

基于无线传感器网络的土壤信息采集系统

针对土壤信息采集的需要,提出了把无线传感器应用于土壤信息采集的思路,研究设计了一套基于无线传感器网络的土壤信息采集系统。节点设计采用低功耗MSP430单片机和CC2430 ZigBee无线射频芯片完成,可采集土壤温度、湿度和土壤含水率。系统网关设计基于ARM7系列S3C4480X、GPRS模块SIM100,搭建了农田中...     

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。     

冷链运输监测中无线传感器节点设计

针对当前冷链运输监控系统中存在无线传感器节点功耗大、使用时信道易冲突且协议复杂的问题,设计了一种基于无线传感器网络的冷链运输远程监控系统中的无线采集节点.选择以MSP430F149为核心的处理器,采用SHT11与PT1000双传感器测量温、湿度,完成对不同精度温区的温、湿度数据采集;采用SX1212无线芯片实现无线传输.另外,自主设计了星型自组无线传感器网络协议,针对冷链运输特点设计了物理层,并采用二叉树与动态帧时隙ALOHA的融合算法以避免碰撞.测试结果表明,通过硬件设计及使用自主协议,系统具有功耗低、组网迅速等优点,能较好地满足无线传感器节点在冷链运输环境中的应用.     

基于无线传感器网络的土壤含水率监测系统设计

针对农业生产过程中信息监测点相对分散和数据有线传输方式的局限性,设计和开发了一种基于无线传感器网络的农田土壤含水率监测系统,系统由3个土壤含水率监测终端节点、1个路由节点和1个网关节点组成。传感器采用蓄电池供电,终端节点和路由节点采用干电池供电,各节点间通信遵循Zigbee通信协议。同时,开发了数据采集、无线通信等程序,能够以任意时间间隔采集监测点土壤含水率数据,实现数据的处理、传输和存储等功能。实验结果表明,系统能实现数据的稳定传输,适合农田土壤含水率实时监测。     

农田渍害监测预警系统设计与应用

为了提高农田水分管理降低渍害对农作物的影响,开发了基于田间积水及作物根区水分信息监测的农田渍害智能化预警系统.该系统由水分信息传感器、数据采集及无线传输模块、数据处理模块、农田渍害预测以及灾情结果发布模块6部分组成,可实现农田积水及土壤水分状况的连续监测,并通过无线传输系统将农田实时水分信息传输至数据处理终端,根据该系统预测部分的决策支持系统对农田渍害进行评估和预测.在田间试验的基础上,确定了该系统预测模块数学模型中的相关参数,提出了适用于农田渍害评估和预报方法.实地应用结果表明,实时监测结果及预警精度均能达到农田水分管理的需求,而且该系统监测部分小巧轻便,预警终端部分界面友好,操作简单,实用价值较高.对提高当地排涝管理水平、减小农田渍害对农业生产的影响具有显著效果.     

基于无线传感器网络的中央监控系统的设计

设计了一种无线传感器网络中央监测系统。以承载ZigBee技术的CC2430芯片为无线节点的检测与信息处理核心,结合温度、湿度传感器模块,构成无线传感器网络终端检测节点,对现场环境实时检测,并通过路由节点将数据上传;路由节点模块设计,采用无线或RS—485标准的方式与中心节点进行信息通讯,现场循环检测数据能实时传送给中央监控计算机,实现深入现场内部的多点检测和实时监测。在草莓大棚的应用表明,系统可以满足大棚信息采集需求。     

面向大规模农田生境监测的无线传感器网络节能优化策略

针对大规模农田生境监测场景中无线传感器网络节点在部分作物生长期内呈现节点空间冗余,以及传感器节点采集到的数据之间通常具有很强的时间关联性的特点,本研究提出一种基于矩阵补全的两步节能优化策略来同时降低传感器网络的数据采集和传输能耗,以实现延长网络寿命的目的。该算法首先通过对节点数据信息量的衡量来寻找出空间上的非冗余节点,剩余的冗余节点关闭其采集功能,只作为中继节点传输数据;其次,利用矩阵补全算法的部分采样原理在采样阶段进一步减少时间上的数据冗余量,达到同时降低采集和传输模块能耗的目的。试验结果表明,所提出的算法可减少网络中83%的工作节点数目,有效降低了网络能耗。     

基于无线传感器网络的节水灌溉远程监控系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,提出了一种基于无线传感器网络与GPRS网络相结的农田自动节水灌溉远程监控系统,该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、无线传感器网络、GPRS模块和阀门控制器组成。系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点和无线网关实时监测土壤含水率变化,根据土壤含水率和农田用水规律实施精确灌溉。系统实现了节水灌溉的自动化控制,改善了农业灌溉水资源的高效利用和灌溉系统自动化水平。实验结果表明,整个系统的伸缩性较好,当土壤含水率太高或某种因素导致某些传感器节点损坏,系统中的其他部分仍能持续正常工作,具有自组织重新恢复的功能。监控中心能够实时地显示出各节点的土壤含水率参数和阀门的启停状况,实现节水灌溉的远程监控。     

基于宇宙算法的农田无线传感器网络覆盖研究

为提高农田无线传感器网络覆盖的质量,采用宇宙算法,首先建立覆盖模型,确定无线传感器节点集合网络覆盖优化模型的目标函数;然后由传感器之间的距离以及发送字节数据确定能耗模型,节点休眠策略减少了节点冗余;接着宇宙算法建立单向、双向单宇宙群结构模型,无论单向、双向单宇宙群的信息交流,都将引起其他单宇宙内部信息发生变化,加快宇宙群收敛速度,宇宙进化中包含了宇宙空间逃逸策略以及混沌宇宙优化;最后宇宙算法设计了无线传感器网络覆盖优化步骤。实验仿真显示本文算法对农田无线传感器网络覆盖率可达99%以上,满足高质量覆盖要求。