西红柿温室内无线传感器网络2.4 GHz信道传播特性

针对西红柿温室环境中无线传感器网络节点部署的要求及其应用环境的特性,以2.4 GHz为载波频率,研究了无线射频信号传播特性和通信距离、天线高度、传输路径等影响因素间的关系。结果表明,无线传感器网络信号在西红柿温室中的衰减符合对数模型;当天线高度固定时,接收信号强度随通信距离的增加总体呈递减趋势,丢包率随通信距离的增加总体呈递增趋势;西红柿温室中天线最宜部署在日光温室中央一列的位置,且西红柿顶部略高于它的位置为放置天线高度的首选,其次为西红柿顶部距地面1.5 m以上的部分,越接近西红柿顶部越好;在上述试验研究的基础上,建立了天线高度、通信距离和接收信号强度之间的关系模型,模型参数A与天线高度、衰减系数n与天线高度之间均呈二次多项式关系。验证试验结果表明:该模型可以较好地预测不同天线高度不同通信距离的接收信号强度,为西红柿温室无线传感器网络的部署提供技术支持。     

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％.     

温室高湿环境下433 MHz无线信道传播特性研究

为解决温室高湿环境下无线传感器网络的规划和部署问题,探究了高湿环境、通讯距离、天线高度对无线信号传播特性的影响,以433MHz为载波频率,研究无线信号在不同湿度及不同高度下的传播特性,通过两组试验测取了接收信号强度及丢包率,并通过MatLab对试验数据进行回归分析。结果表明:在不同湿度和高度下,433 MHz无线信道传播特性符合路径损耗模型,拟合决定系数在0. 892 0～0. 965 8之间;湿度对无线信号具有一定影响,尤其是湿度在80%以上时,对在冠层中传播的无线信号具有较大影响。同时,建立了路径损耗指数n与湿度之间的二次多项式关系模型,并根据此模型对路径损耗模型进行修正,建立了湿度系数修正模型。经验证,该模型均可有效地预测3种高度水平下的接收信号强度。     

基于不同种植密度的玉米大田环境无线传感器网络射频信号损耗研究

为了在玉米大田中合理布置无线传感器网络节点,研究了2.4GHz无线传感器射频信号在大喇叭口期玉米田地的信号衰减情况,以3个水平种植密度在田间进行随机试验,选取传输距离和天线高度作为影响因素,利用Matlab进行曲线拟合与分析.研究表明,种植密度对信号衰减程度有一定影响,种植密度越大,植株越密集,植株的散射、反射、漫射更严重,导致信号衰减的斜率增加;根据射频信号传播模型中的环境影响因子n与天线高度h的线性关系,依据Matlab建立了数学模型,数学模型的理论值与实际测量值之间的相关度在0.9370与0.9888之间,说明数学模型具有较高的实用价值.     

土壤不同频率无线地下传感器网络信号传播特性试验

为探究土壤环境中无线地下传感器网络节点部署要求、信号传输及其应用环境的特性,分别以240、433和868 MHz为载波频率,研究了无线信道下地上至地下、地下至地上和地下至地下3种通信方式中无线射频信号的传播特性和节点埋藏深度、水平节点间距离以及土壤含水率等影响因素之间的关系,获得了接收信号强度、误码率等数据,并进行了统计分析。试验结果表明,节点埋藏深度和土壤含水率对AG-UG和UG-AG通信中RSSI和BER影响的24种模型拟合优度,R2最大为0.997,最小为0.910。水平节点间距离和土壤含水率对UG-UG通信中RSSI和BER影响的12种模型拟合优度,R2最大为0.971,最小为0.866。此外,建立了433 MHz频率下RSSI变化的三维曲面,可直观反映土壤环境下无线信号的传播特性,并采用SPSS软件对模型进行了验证。AG-UG和UG-AG通信中,拟合优度R2最小为0.954,最大为0.998,均方根误差RMSE在0.729~3.198 d Bm之间。UG-UG通信中,拟合优度R2最小为0.854,最大为0.960。均方根误差RMSE在3.238~6.553 d Bm之间。验证试验结果表明,该模型可以较好地预测不同条件通信中的接收信号强度,为土壤环境中无线地下传感器网络的部署和系统的建立提供了技术支持。     

面向多机器人的传统苹果园无线通信信号传播特性研究

为解决农业多机器人在传统苹果园行间协同作业时的通信节点最佳部署问题,研究了2.4GHz Wi-Fi信号在传统苹果园（苹果成熟期）中的传播特性。将信号发射、接收节点分别距地面高度0.45、0.55、0.65、0.75m垂直部署,依据多机器人直线型、小间距V形、大间距V形、并排型等4种典型编队方式将节点水平部署,测量通信信号在不同高度条件以及上述4种编队方式下不同距离处的接收强度。研究结果表明,4种编队方式中,以直线型编队方式下的信号衰减最缓慢。因此,传统苹果园中多机器人最佳的编队方式为直线型,节点部署高度最好在果树第一侧枝向下0.2m左右处。对路径损耗数据进行回归分析,发现其在每个无线通信信号节点高度、每种多机器人典型编队方式下均符合对数路径损耗模型,模型的R2在0.860~0.989之间。同时,建立了用于预测2.4GHz Wi-Fi信号在传统苹果园（苹果成熟期）中的路径损耗模型,并同期选择了其他苹果园验证了预测模型的准确性,R2在0.947~0.967之间,RMSE在1.489~2.432dBm之间。模型能较好地预测Wi-Fi信号在传统苹果园中的路径损耗情况,可为农业多机器人在传统苹果园中的通信节点部署提供参考。     

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ZigBee技术的CO2监测节点设计与实现

对地域上分散的农业对象实现无线数据传输逐渐成为农业监控系统的研究热点。探讨Z-Stack协议栈下基于2.4GHz频带传输CO2浓度的农业环境节点设计,包括ZigBee协调器节点网络组建ZigBee路由节点和终端入网ZigBee数据传输CO2传感器输出标定以及曲线拟合等,该节点的传感器响应快速,适于安装到有线网络延伸不到的区域。     

麦田环境2.4GHz无线信道路径损耗建模方法分析

针对麦田环境无线传感器网络(WSN)应用需求,开展了4种无线信道路径损耗建模方法研究及适用性分析。首先利用WSN节点进行2.4 GHz无线信号的麦田实地测试,得到不同传播距离上的路径损耗变化趋势;然后分析了自由空间模型、双射线模型理论计算路径损耗与实测路径损耗差异,同时提出改进的双折线对数距离模型,并采用单折线和改进后的双折线对数距离模型对实测路径损耗运用最小二乘法进行回归分析建模。结果表明:自由空间模型和双射线模型所计算路径损耗与实测路径损耗存在较大差异,无法直接用于麦田环境路径损耗建模;单折线和改进后的双折线对数距离模型的回归分析拟合度分别为0.879和0.943,回归剩余标准差分别为3.242和2.229,均适用于麦田无线信道路径损耗建模,且改进后的双折线对数距离模型较单折线对数距离模型建模精度更高。     

温室控制器网络路由协议仿真

对于嵌入式温室控制器而言,采用无线组网方式构成温室监控系统要比使用现场总线方式组网具有灵活性,并且易于降低系统成本,更易于推广应用。在无线传感器网络路由协议中,传感器节点的能量支持和通信带宽对系统的稳定性与可靠性有很大影响。为此,针对嵌入式温室控制器特点,分析了传感器网络路由协议的工作原理和传播机制,并在OPNET平台上建立了仿真模型。仿真结果表明,定向扩散是一种较为理想的路由协议。     

温室节点低能耗型无线传感网络构建方法

结合温室测控系统特点,构建无线传感网络空间结构和时序,以达到降低和均衡节点能耗,延长温室无线传感网络生命周期的目的.在网络空间结构上,以温室上部能量充裕的可移动汇聚节点为枢纽,与能量有限的子节点动态地构成星形无线网络;在网络时序上,使子节点只在连接时段通信,其余时间休眠.通过对子节点最大通信半径和汇聚节点最小通信半径的分析,解决了网络的连通问题.     

无线传感器网络在温室环境监测中的应用

温室环境监测中应用基于无线技术的智能网络化传感器有着很明显的优势,因为网络中节点的位置能随机分布、随意扩充和组合。为此,主要讨论了在温室环境中应用无线传感器网络的关键技术及其体系结构。该技术具有传统温室环境监测系所不具有的优势,非常适用于温室环境监测应用。     

无线传感器网络在温室环境监测中的应甩

温室环境监测中应用基于无线技术的智能网络化传感器有着很明显的优势，因为网络中节点的位置能随机分布、随意扩充和组合。为此，主要讨论了在温室环境中应用无线传感器网络的关键技术及其体系结构。该技术具有传统温室环境监测系所不具有的优势，非常适用于温室环境监测应用。     

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。     

基于无线传感器的蔬菜大棚温湿度采集系统设计

针对当前农业大棚蔬菜种植的信息化和自动化需求,利用物联网技术,提出一种基于无线传感器的大棚蔬菜温湿度采集系统。为实现蔬菜大棚温湿度采集功能,分别从硬件和软件的角度对系统进行构建。在硬件方面,结合蔬菜大棚中传感器节点较多的问题,采用温湿度传感器节点与无线射频模块结合的方式,完成蔬菜大棚中温湿度的自动采集和数据发送;在软件方面,利用IAR集成开发环境对上机位软件进行开发。通过对部分功能的测试,验证开发方案在农业蔬菜大棚中应用的可行性,为现代农业的发展和推广提供了借鉴。      

温室环境监测无线传感器网络节点设计

为了解决传统温室环境监测的复杂性和局限性,实时准确地对温室环境因子进行采集,提出了一种无线传感器网络节点的设计方法.节点以超低功耗的MsP430单片机为核心,采用了具有多种工作模式的射频芯片NRF2401和数字化温度传感器DS1820为外围模块,实现对温室环境因子的探测和采集.测试表明,节点能够准确地采集和处理数据,为温室环境监测的无线传感器网络协议研究提供了良好的平台.     

温室环境监测中无线传感器网络节点设计

针对传统有线温室测控系统存在成本较高、使用不便、布线复杂、维护困难等问题,给出了一种低能耗无线测控节点的设计方案.温室中各测控节点通过无线传感网络进行通信,各测控节点以ATmega48单片机为控制核心,将各观测点的温度、湿度、光照、二氧化碳等环境参数通过nRF24L01+发送出去.经现场实验证明:该系统具有功耗低、线路简单、易维护等特点,可以对温室内的多种环境参数进行有效的监测,完全满足实际农业生产要求.