基于LoRa物联网的森林环境监测系统的架构与实现

发布时间：2021-01-21 18:28

　　森林环境的特殊性导致物联网技术在林业的实际应用中还存在诸多困难。该文提出一种结合物联网技术、嵌入式技术、网络技术的智慧森林监测系统构架。该系统采用SX1278芯片设置LoRa收发器配合STM32F103微处理器构建监测节点,采用SX1301配合树莓派构建多业务网关,并完成组网及对森林环境因子的采集、传输和汇集实验;后台服务软件支持用户通过PC机网页端或手机端访问,完成所有监测数据的实时显示、历史查询、数据分析等功能。在设计过程中,针对林区特点综合考虑了系统的成本、低功耗、可靠性、扩展性等。该系统已部署在哀牢山区,并稳定运行了1年半。 

【文章来源】：现代电子技术. 2020,43(22)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

系统结构框图

图2为数据采集节点原理框图，主要包括MCU、信号采集、硬件唤醒和电源管理等部分。系统采用STM32F103单片机作为控制器，其丰富的片上资源、灵活的节能机制方便了硬件电路设计。无线收发器采用了Semtech公司的非授权频谱Lo Ra调制芯片SX1278。Lo Ra采用的线性调频扩频调制方式可以有效提高灵敏度、抗干扰能力和信道容量，可使用较低的功耗实现远距离数据传输，适合在林区中组网使用。根据森林环境监测需求及森林火险模型关注的主要气象因子，选取大气温度、大气湿度、太阳辐射、可燃物湿度4个参数作为传感器节点的监测对象。温湿度采集选用经过校准的数字式传感器AM2301，保证了所采集数据的准确性；可燃物湿度传感器输出模拟电压信号，通过A/D采样获取湿度数据，安装时插入数据采集节点附近的干树枝中；太阳辐射传感器采用了400～1 200 nm光谱传感器。同时单片机还通过串口控制电源管理芯片，收集太阳能为电池充电，并精确控制各个设备的电源供给，配合节能机制能在休眠期间进一步降低数据采集节点功耗。

每个数据帧都由前导码、物理头、负载和校验组成。数据采集节点上行数据帧分为普通数据帧、紧急数据帧、中继数据帧三种类型。每次采集到的数据与预先设置的阈值进行比对，当数据处于阈值范围内时，将采用增量压缩方式进行传输，将多次采集数据压缩为一条信息传输。从而通过减少传输次数，降低能源消耗。图3所示为普通数据帧负载字段，其中，包含起始时刻数据、增量数据以及时间戳。当网关接收到数据，将通过增量还原算法对数据进行还原。对于tn时刻采样值yn有：

【参考文献】：
期刊论文
[1]ZigBee在精确林业中的应用[J]. 李俊萩,张晴晖,荣剑,徐安排,贺金平.  农机化研究. 2010(07)



本文编号：2991679