基于核自适应滤波的无线传感网络定位算法研究

针对动态室内环境的变化及时变的接收信号强度(Received signal strength,RSS)对定位精度的影响,提出了一类基于核自适应滤波算法的农业无线传感器网络室内定位方法。核自适应滤波算法具体包括量化核最小均方(Quantized kernel least mean square,QKLMS)算法及固定预算(Fixed-budget,FB)核递推最小二乘(Kernel recursive least-squares,KRLS)算法。QKLMS算法基于一种简单在线矢量量化方法替代稀疏化,抑制核自适应滤波中径向基函数结构的增长。FB-KRLS算法是一种固定内存预算的在线学习方法,与以往的"滑窗"技术不同,每次时间更新时并不"修剪"最旧的数据,而是旨在"修剪"最无用的数据,从而抑制核矩阵的不断增长。通过构建RSS指纹信息与物理位置之间的非线性映射关系,核自适应滤波算法实现WSN的室内定位,将所提出的算法应用于仿真与物理环境下的不同实例中,在同等条件下,还与其他核学习算法、极限学习机(Extreme learning machine,ELM)等定位算法进行比较。仿真实验中2种算法在3种情形下的平均定位误差分别为0.746、0.443 m,物理实验中2种算法在2种情形下的平均定位误差分别为0.547、0.282 m。实验结果表明,所提出的核自适应滤波算法均能提高定位精度,其在线学习能力使得所提出的定位算法能自适应环境动态的变化。     

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％.     

设施花卉环境参数低功耗传输及模糊控制研究

为了降低现有设施环境监测系统中传感节点的能耗,延长无线传感网络的生存周期,提出了节点动态组包主动传输和多种环境变量加权控制传输2种低功耗机制,减少了大量重复冗余数据的传输,并实现了基于Zigbee的设施花卉环境监测及其低功耗传输系统.提出设施花卉环境下的多变量模糊控制方法,解决了环境变量之间耦合问题,促使温室快速达到花卉适宜环境并保持平衡,实现了对设施花卉环境的综合控制.节点以CC2430芯片为核心,并根据影响花卉生长的环境参数,同时装载SHT10型温湿度、BH1750FVI型光照以及COZIR-ambient型二氧化碳传感器,因此节点可同时采集传输多种环境参数,降低了硬件成本.在南京农业大学园艺试验基地进行组网测试,结果表明,系统比传统周期传输节点(周期1 min)减少能耗85.97％,测量精度在98.5％以上,网络平均丢包率为0.84％,满足了对设施花卉环境的有效监测及低功耗传输的要求.     

农田土壤无线地下传感器网络节点设计与通信试验

为了揭示电磁波信号在农田土壤中的传输特性、科学部署传感器节点,以关中地区农田土壤为研究对象,采用模块化设计思想,将传感器、无线数传、处理器和能量供应等模块集于一体,设计了无线地下传感器网络（Wireless underground sensor networks,WUSN）节点和汇聚节点。采用单因素试验方法,分析了土壤含水率、WUSN节点埋深、节点间水平距离对WUSN节点信号传输的影响,建立了接收信号强度和误码率预测模型。结果表明,当WUSN节点信号在地下垂直方向上传输时,土壤含水率增加2.5个百分点,接收信号强度降低4~6dBm,通信误码率增加3~5个百分点;WUSN节点埋深增加5cm,接收信号强度降低3~5dBm,通信误码率增加3~4.5个百分点。当WUSN节点信号在地下水平方向上传输时,土壤含水率增加2.5个百分点,接收信号强度降低5~7dBm,通信误码率增加4~5个百分点;节点间水平距离在10~90cm范围内,节点间水平距离增加10cm,接收信号强度降低6~8dBm,通信误码率增加6.5~8个百分点;节点间水平距离在90~190cm范围内,节点间水平距离增加10cm,接收信号强度降低约1dBm,通信误码率增加1~1.5个百分点WUSN节点信号在垂直、水平两种传输方向上误码率和接收信号强度预测模型拟合优度R2最高为0.982,均方根误差RMSE为1.7%,拟合优度R2最低为0.942,均方根误差RMSE为5.136dBm。WUSN节点信号在土壤中传输受到土壤含水率、WUSN节点埋深和节点间水平距离的严重影响。     

基于Arduino的智能送药小车

智能单片机小车由于其智能、方便、快捷,被广泛应用于各行业.本研究的智能送药小车包括了Ardunio mega2560单片机、OpenMv4智能识别装置、寻迹装置、L298N模块、433M无线模块等装置.研究结果表明:智能送药小车通过识别地面安置路线以及相应的病房号,可以自动躲避障碍,自动沿设定的路线行驶,既可以实现单车...     

新型高效智能便携式梨果采摘装置的研制

研究和制作一款基于自由变化高低分离及高清视觉定位捕捉的悬挂果高效采摘装置,适用于果树密集、全地形便携高效的采摘工作。主要包括悬挂果采摘机械特性研究、新型百变自由伸缩分离的悬挂果采摘臂的数学分析和机构制作、视觉定位机构、悬挂果定位影像识别技术、剪切机构的研究能通过自由百变伸缩机械臂实现高空和低空的悬挂果的采摘,结合高清影像识别和无线控制技术,能根据果实的大小、颜色、成熟度等属性,选择性采摘并对其进行分类、分级,实现果实的高效采摘,同时不损伤果树,实验表明能大大降低人工劳动强度。     

基于无线Ad hot网络的低代价节能最短路径树算法

拓扑控制与拓扑维护是优化无线Ad hot网络拓扑结构的重要方面,本研究以无线Ad hot网络中各节点在失效情况下,为维护网络的连通性,提出一种以Dijkstra SPT算法为基础,以减少Ad hot网络拓扑维护开销,低代价节能运行的最短路径树算法—ELSPT。其仿真实验表明,该算法有利于对Ad hoc无线网络带宽的空间重利用,提高网络容量,减少分组碰撞的概率,对优化网络的拓扑控制和拓扑维护有着显著的有效性。     

用于观光农业的混合型无线传感器网络节点设计

【目的】设计用于观光农业中游客服务与田间种植管理通用的混合型无线传感器网络节点。【方法】设计该节点的硬件结构及基于Android系统的移动智能设备APP;利用ZigBee与上位机通信来实现种植环境监测和设备控制。【结果】支持用户使用基于近场通信和蓝牙技术的节点田间快速接入功能,通过移动设备为游客和种植管理者提供园内位置定位、种植信息查看、环境参数监测等服务。【结论】该混合型无线传感器网络节点使用灵活、方便、快捷、功能扩展性好,可为观光农业提供较为灵活的多业务工程化支持。     

喷水推进转向式遥控渔药喷施机的设计

为解决人工泼洒渔药工作劳动强度大、施药效率低且施药过程中渔药对施药人员身体的危害大等问题,利用Solid Works软件进行建模,设计了由直流自吸水泵驱动,自动混药、施药的新型无线遥控喷水推进转向式遥控渔药喷施机。喷施机由船体、动力装置、喷水推进转向系统、施药系统、无线遥控系统以及配套的水管管路系统组成,样机机身质量约为26 kg,并对样机进行测试。结果表明,该渔药喷施机运行平稳可靠、噪音小,作业时的平均行驶速度为1.0 m/s,最大喷施效率约为2.4 hm2/h(传统的人工泼洒效率约为0.4 hm2/h),喷施效率约是人工的6倍。通过遥控控制喷施机完成渔药的喷施,保证了操作人员的安全,同时对渔药进行在线混合,从而避免喷施药液配置过多造成浪费和污染环境,适用于水产养殖。     

一种改进的DRNG拓扑控制算法

针对DRNG算法中出现的当节点天线为全向天线时形成的网络拓扑复杂度过大的问题,对DRNG算法进行了改进,在保证原算法网络优化性能的基础上,减少了需要确定的邻居节点个数,缩小了确定邻居节点时中间节点的搜索范围,提高了DRNG算法的执行效率,节省了节点的能量消耗．