基于异构组网的智慧农业监测系统研究与设计

发布时间：2020-10-14 23:30

　　 农业是我国国民经济发展的基础,在科技飞速发展的今天,将物联网、传感器、嵌入式等技术与传统农业模式相结合,发展现代化农业。智慧农业的出现,使农业生产水平得到大大提升,农业资源利用效率显著提高,实现智能化农业生产模式,建设优质、高产、低耗、高效的农业生态系统,同时减少浪费、防止污染,实现可持续发展。首先针对智慧农业系统的无线传感节点部署问题,为了提高网络覆盖率,提出基于改进人工蜂群算法的无线传感网络节点优化策略,分析了原始ABC算法的原理以及算法流程,针对其算法存在收敛速度慢、寻优精度低的问题,在雇佣蜂和跟随蜂阶段领域搜索算子中,引入全局最优因子和动态调节因子,经过不同维度下标准测试函数实验表明,改进后的算法收敛速度和精度得到显著提升,将改进人工蜂群算法应用于无线传感网络覆盖模型中,与原始的蜂群算法比较,对传感器节点分布更加合理,网络覆盖率得到一定的提升。然后针对无线网络数据通信过程受到限制的问题,设计了一套基于异构组网的智慧农业监测系统,采用物联网的三层体系结构进行设计,包括感知层、传输层和应用层,感知层包括系统前端感知环境数据,多个终端节点完成对数据的采集及控制;传输层采用LoraWAN的通信协议自组织组网将前端采集的数据无线传输给网关,网关将收集到的数据分析处理,实现智能控制,然后将所有数据重新打包,采用NB-IoT通信技术发送至服务器;应用层对网关上报的农业环境数据进行解析,分类处理和存储,通过Web服务器形成可视化界面显示出来,主要显示环境气象数据和土壤数据,报警状态,控制参数等,完成对农业环境的远距离监控,为农作物提供一个良好的生长环境。本系统在实验室农业物联网沙盘内进行测试,通过Lora通信技术和NB-IoT通信技术异构组网,实现模拟农业环境的数据采集,传输和监测的功能,研究测试结果表明,系统运行稳定,在智慧农业监测系统的数据采集、传输、显示和存储方面,达到了预期要求。
【学位单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP212.9;TN929.5;S126
【部分图文】：

2 异构无线传感网络体系结构要有四种，需要被确认的请求（CON），不需要被确认的请求（NOCK），复位消息（RST）。TKL 为 token 的长度，占用 4bit，目前可支持 0保留用于将来扩展，Code 占 8bit，前 3bit 代表类型。 Message ID 2-12 为 CoAP 协议报文结构示意图。

测量指令一次测量 连续测量*可能忽略通电指令 通过IIC写指令自动状态转换图 4-8 BH1750FVI 光找强度传感器测量步骤BH1750FVI 芯片采用的部分指令集合如下表 4-2 所示。表 4-2 BH1750FVI 芯片部分指令集指令 功能代码 注释通电 0000_0001 等待测量指令连续 H 分辨率模式0001_0000在 1lx 分辨率下开始测量测量时间一般为 120msBH1750FVI 芯片采用标准的 IIC 总线传输方式，标准的 IIC 总线时序图如下图 4示：

本章完成对系统的设计，并对各部分进行测试。该系统可分为三部分，第一部分是基于 Lora 通信技术的终端监测节点设计，第二部分是基于异构组网的无线通信网关设计，第三部分是基于服务器平台的 Web 服务器的数据显示设计。4.5.1 系统硬件设计展示本次系统设计中完成了各节点的硬件电路图的设计，以及所需元器件的选型和采购，使用 Altium Designer 绘制软件完成 PCB 绘制，最后完成电路板的焊接，将各个节点硬件焊接好以后，成功完成各节点组网试验。在本次数据采集功能测试时，选取了 4 个节点，包括一个气象环境监测节点，一个土壤墒情采集节点，一个控制节点和一个网关节点进行组网实验。气象环境监测节点上挂载 CO2 气体传感器、光强传感器、风速传感器、雨量传感器、DHT11 温湿度传感器，土壤墒情采集节点挂载土壤 PH 传感器、土壤湿度传感器，控制节点上各挂载一个水泵，在本实验室农业物联网沙盘内实现环境信息的采集和控制，终端节点把采集到的数据通过 Lora 技术无线传输给网关节点，该网关节点对接受的数据汇聚处理，再通过 NB-IoT 无线通信技术传输给电信平台服务器。系统前端数据采集节点硬件实物图如图 4-17 所示。
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本文编号：2841351