基于移动协调节点路由算法的养猪场环境监控系统

发布时间：2017-04-05 09:01

  本文关键词：基于移动协调节点路由算法的养猪场环境监控系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的进步,越来越多的先进技术被应用到畜禽业养殖领域,一定程度的提升了养殖场的智能化管理水平。我国是个生猪养殖大国,但总体养殖水平还比较低,正由散户养殖向着大型化、集约化的养殖趋势发展,而对大型养猪场的日常监控管理也愈来愈繁琐。为了提高生猪养殖水平,适应规模化养殖的发展现状,本文采用嵌入式技术、无线传感网络技术、数据库技术等科技手段,研究并设计了一套基于移动协调节点路由算法的养猪场环境监控系统。为了实现对养猪场内各种设备的系统化管理,本文利用Zig Bee技术将养猪场内的温度、湿度等环境传感器以及负压风机、热风炉等猪场设备组建成一个无线传感网络,并通过串口与现场控制器进行数据交互。采用嵌入式Linux操作系统和ARM11-tiny6410开发板来构建现场控制器的软硬件平台。在此平台上移植SQLite数据库,用来完成对养猪场各种信息的存储和管理。移植Boa服务器并设计CGI接口程序,构建本系统的WEB服务器,从而实现B/S架构的远程管理模式。通过WiFi技术将现场控制器连接到互联网,并通过动态域名解析技术,将IP地址与域名进行绑定,实现外网对现场控制器的访问。另外,采用V4L2应用程序编程接口采集视频信息,并通过ffmpeg和ffserver搭建视频服务器,实现对生猪日常活动的视频监控。为了减少养猪场无线传感网络的能量消耗,均衡网络的负载,使网络的使用寿命尽量延长,本文对网络中的路由算法进行研究,提出了一个基于移动协调节点的能量优化路由算法。该算法引入移动协调节点并在吸取LEACH算法优点的基础上,将网络运行周期分为分簇阶段和数据传输阶段。分簇阶段通过一个优化的阈值来选择簇头,并进行组网。数据传输阶段中,协调节点在网络中移动,并通过多跳方式与簇头进行通信。系统测试结果表明,本系统可以及时准确地获取养猪场内的环境信息,实时监控生猪的生活状态,并自动控制养猪场内的设备工作,实现对养猪场环境参数的调控,使生猪生长在舒适稳定的环境中。与传统养猪场管理模式相比,本系统减少了养猪场的布线量,增加了环境调控的精准度,节省了人力,节约了养殖成本,非常适合应用在对环境要求较高的保育猪舍中。该项研究为规模化生猪养殖提供了一套较好的监控管理方案,有着广泛的应用前景。
【关键词】：监控系统 现场控制器 无线传感网络 路由算法
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S828;TP277
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 无线养殖监控技术的国内外发展现状11-13
• 1.3 无线传感网络路由算法的国内外发展现状13-15
• 1.4 本课题主要研究内容及安排15-17
• 第二章 系统总体方案及硬件平台设计17-34
• 2.1 系统总体设计方案17-19
• 2.1.1 系统设计要求及考虑因素17
• 2.1.2 系统具体设计方案17-19
• 2.2 系统硬件设计19-27
• 2.2.1 S3C6410微处理器20-21
• 2.2.2 Zig Bee无线网络节点硬件设计21-26
• 2.2.3 USB转串口电路设计26-27
• 2.3 嵌入式系统开发平台设计27-33
• 2.3.1 建立交叉编译开发环境27-29
• 2.3.2 NFS网络文件系统的安装29
• 2.3.3 u-boot的移植29-30
• 2.3.4 Linux内核的移植30-31
• 2.3.5 根文件系统的制作和移植31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 基于移动协调节点的路由算法研究34-48
• 3.1 无线传感网络技术分析34-37
• 3.1.1 无线传感网络简介34-35
• 3.1.2 无线传感网络拓扑结构35-36
• 3.1.3 无线传感网络节点结构36-37
• 3.2 现有路由算法的分析37-40
• 3.2.1 LEACH算法38-39
• 3.2.2 协调节点移动方案分析39-40
• 3.3 基于移动协调节点的路由算法提出40-43
• 3.3.1 分簇阶段40-42
• 3.3.2 数据传输阶段42-43
• 3.4 仿真实验与分析43-47
• 3.4.1 仿真环境43-44
• 3.4.2 网络性能分析比较44-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 养猪场环境监控系统软件设计48-69
• 4.1 环境信息采集程序设计48-51
• 4.1.1 温湿度信息采集程序设计48-49
• 4.1.2 二氧化碳浓度检测程序设计49-51
• 4.2 Zig Bee无线网络节点软件设计51-53
• 4.2.1 协调器软件设计51-52
• 4.2.2 簇头节点软件设计52
• 4.2.3 终端节点软件设计52-53
• 4.3 嵌入式数据库程序设计53-57
• 4.3.1 数据库SQLite的C语言编程53-55
• 4.3.2 SQLite数据库的移植55-56
• 4.3.3 养猪场数据库程序设计56-57
• 4.4 嵌入式WEB服务器设计57-62
• 4.4.1 B/S远程管理模式58
• 4.4.2 WEB服务器搭建58-60
• 4.4.3 CGI程序设计60-62
• 4.5 视频监控模块设计62-66
• 4.5.1 视频模块相关驱动配置62-63
• 4.5.2 基于V4L2的视频信息采集63-64
• 4.5.3 视频服务器设计64-66
• 4.6 动态域名解析66-68
• 4.7 本章小结68-69
• 第五章 系统测试69-75
• 5.1 功能测试69-72
• 5.2 测试结果分析72-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75
• 6.2 展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士期间完成的论文82

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