基于WSN的温室大棚环境监测系统研究与实现
发布时间：2020-12-15 08:14
针对传统温室大棚生产管理成本高、智能水平低等问题,设计一种基于WSN的温室大棚监测系统。该系统设计了一种接入机制,用于将WSN接入到IPv6网络,实现基于IPv6的网关数据转发、节点数据的多跳传输、环境数据采集和数据的传输和接收。本文实现了一个基于HTTP协议的本地中间功能模块,该中间功能模块采用脚本预警方式,并集成了数据请求、XML数据分析和节点信息管理等功能。采用AJAX技术设计的远程监测系统可以实现温室的实时环境数据分布可视化、局部环境数据波动可视化。系统运行结果表明,该系统能够从温室大棚局部、整体和集群等的不同方面对环境数据实现实时数据可视化然后展示给用户。预警机制能够实现对温室环境信息的超前反馈,使管理人员不需要长期值守在温室大棚内。
【文章来源】：沈阳理工大学学报. 2019年03期
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
系统总体设计各类传感器节点集群构成监测系统的感知
，还包括节点当前的电量信息。传输层作为数据传输的中间层将感知层收集到的信息传输给应用层。传输层包括网络通信协议、通信设备和各类型网络。需要注意的是，感知层获取的环境数据需要依据一定网络传输标准才可被传输层接收，传输层需要利用现有的通信系统和移动通信网络进行数据传输，这种传输方式具有较高的安全性和可靠性。应用层作为系统的顶层，是数据传输的终点。在应用层中，应用程序对通过传输层收集到的数据进行处理和分析并基于分析后的数据为用户提供服务。系统的功能分层如图3所示。图3系统功能分层结构2传感器子网平台设计2.1硬件平台本文将WSN和互联网视为一个网络整体。其中，将前者作为整个网络中的传感子网接入IPv6网络，传感器节点和网关组成传感子网的硬件平台［6］。传感器节点在MX231CC平台实现，该平台集成了SHT11温度传感器和LIGHTSEN-SOＲ环境光传感器，这两者都支持IEEE802.15.4标准，并且都集成了AtmelＲF230射频发送模块以及AtmelAVＲ微控制器［7］。网关硬件基于AVＲ-USBSTICK平台实现。本文设计了一种接入机制为传感子网接入IPv6网络，并基于IPv6网络实现节点数据多跳方式传输、网关双向数据转发、环境数据收集和数据传输和接受等多项功能。2.2网关功能作为传感子网的边界，网关是把传感子网接入IPv6网络重要的一部分。结合系统构建的需求，设计一种接入机制，并采用全IP接入方式将传感子网接入IPv6网络，达到网关数据转发的目的。6LoWPAN是适配层协议，将IPv6技术应用在传感子网中带来的MTU不一致以及应用层存储数据可用空间
AtmelAVＲ微控制器。如图5所示，微控制器选择AT90USB1287。图5选择微控制器2.3节点功能本文传感器节点的软件部分主要有数据采集、数据收发两个模块组成，主要依据是实际生产中提炼出的功能需求。数据采集模块主要实现温室大棚环境数据的收集，该模块触发采集功能后得到的三种类型的数据作为HTTP(HyperTextTransferProtocol)协议响应体返回给中间功能模块程序，中间功能模块程序从HTTP协议响应体中解析出环境数据同时实现数据的处理和存储，所需数据的数据载体使用XML数据格式。数据收发模块对收集到的数据进行传输并提供实时响应请求服务。传感器节点内部软件模块间的协同工作时序图如图6所示。图6模块协同工作时序图2.4数据采集实现本文采集数据的模拟量主要通过数/模转换(ADC)数据采集模块来获取，并且在采集到的不同类型的环境数据之间分别建立对应的映射关系。在环境数据获取的具体实现中使用的温度对照表由温敏电阻制造商提供，变化的模拟量和温度之间存在相应的映射关系。在环境温度数据收集过程中，需要在数组中预先存入76个制造商提供的模拟量，然后计算数组元素数值与实时获取的模拟量之间的差值，获取的实时数据需要依次与数组中每一个元素进行比较，得到两者之间最小差值对应的数组元素，该数组元素的下标就是模拟量对应的温度值。需要注意的是，由于温度数值有正负之分，但数组下标最小为0，因此采用负方向平移的方法，把模拟量最接近的数组元素的下标减去15来得到正确的温度值，最终实现模拟量与温度信息的完全映射。在ADC数据采样之后，需要获取电压数据。实际的电压值通过建立模拟量与电压的
【参考文献】：
期刊论文
[1]物联网架构研究综述[J]. 李冬月,杨刚,千博. 计算机科学. 2018(S2)
[2]环境监测数据采集系统设计[J]. 雷志强,田军委,苏宇,乔路,张吉. 计算机系统应用. 2018(07)
[3]WSN中节点通信半径与最小发送功率对网络连通性的影响分析[J]. 刘洁琳,张德育,付垚,华江锋. 沈阳理工大学学报. 2017(06)
[4]农业物联网技术研究进展与发展趋势分析[J]. 李道亮,杨昊. 农业机械学报. 2018(01)
[5]无标度的WSNs路由算法研究[J]. 刘莉莉,徐野. 沈阳理工大学学报. 2016(06)
[6]中国农业发展的问题、趋势与加快农业发展方式转变的方向[J]. 姜长云. 江淮论坛. 2015(05)
本文编号：2917965
【文章来源】：沈阳理工大学学报. 2019年03期
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
系统总体设计各类传感器节点集群构成监测系统的感知
，还包括节点当前的电量信息。传输层作为数据传输的中间层将感知层收集到的信息传输给应用层。传输层包括网络通信协议、通信设备和各类型网络。需要注意的是，感知层获取的环境数据需要依据一定网络传输标准才可被传输层接收，传输层需要利用现有的通信系统和移动通信网络进行数据传输，这种传输方式具有较高的安全性和可靠性。应用层作为系统的顶层，是数据传输的终点。在应用层中，应用程序对通过传输层收集到的数据进行处理和分析并基于分析后的数据为用户提供服务。系统的功能分层如图3所示。图3系统功能分层结构2传感器子网平台设计2.1硬件平台本文将WSN和互联网视为一个网络整体。其中，将前者作为整个网络中的传感子网接入IPv6网络，传感器节点和网关组成传感子网的硬件平台［6］。传感器节点在MX231CC平台实现，该平台集成了SHT11温度传感器和LIGHTSEN-SOＲ环境光传感器，这两者都支持IEEE802.15.4标准，并且都集成了AtmelＲF230射频发送模块以及AtmelAVＲ微控制器［7］。网关硬件基于AVＲ-USBSTICK平台实现。本文设计了一种接入机制为传感子网接入IPv6网络，并基于IPv6网络实现节点数据多跳方式传输、网关双向数据转发、环境数据收集和数据传输和接受等多项功能。2.2网关功能作为传感子网的边界，网关是把传感子网接入IPv6网络重要的一部分。结合系统构建的需求，设计一种接入机制，并采用全IP接入方式将传感子网接入IPv6网络，达到网关数据转发的目的。6LoWPAN是适配层协议，将IPv6技术应用在传感子网中带来的MTU不一致以及应用层存储数据可用空间
AtmelAVＲ微控制器。如图5所示，微控制器选择AT90USB1287。图5选择微控制器2.3节点功能本文传感器节点的软件部分主要有数据采集、数据收发两个模块组成，主要依据是实际生产中提炼出的功能需求。数据采集模块主要实现温室大棚环境数据的收集，该模块触发采集功能后得到的三种类型的数据作为HTTP(HyperTextTransferProtocol)协议响应体返回给中间功能模块程序，中间功能模块程序从HTTP协议响应体中解析出环境数据同时实现数据的处理和存储，所需数据的数据载体使用XML数据格式。数据收发模块对收集到的数据进行传输并提供实时响应请求服务。传感器节点内部软件模块间的协同工作时序图如图6所示。图6模块协同工作时序图2.4数据采集实现本文采集数据的模拟量主要通过数/模转换(ADC)数据采集模块来获取，并且在采集到的不同类型的环境数据之间分别建立对应的映射关系。在环境数据获取的具体实现中使用的温度对照表由温敏电阻制造商提供，变化的模拟量和温度之间存在相应的映射关系。在环境温度数据收集过程中，需要在数组中预先存入76个制造商提供的模拟量，然后计算数组元素数值与实时获取的模拟量之间的差值，获取的实时数据需要依次与数组中每一个元素进行比较，得到两者之间最小差值对应的数组元素，该数组元素的下标就是模拟量对应的温度值。需要注意的是，由于温度数值有正负之分，但数组下标最小为0，因此采用负方向平移的方法，把模拟量最接近的数组元素的下标减去15来得到正确的温度值，最终实现模拟量与温度信息的完全映射。在ADC数据采样之后，需要获取电压数据。实际的电压值通过建立模拟量与电压的
【参考文献】：
期刊论文
[1]物联网架构研究综述[J]. 李冬月,杨刚,千博. 计算机科学. 2018(S2)
[2]环境监测数据采集系统设计[J]. 雷志强,田军委,苏宇,乔路,张吉. 计算机系统应用. 2018(07)
[3]WSN中节点通信半径与最小发送功率对网络连通性的影响分析[J]. 刘洁琳,张德育,付垚,华江锋. 沈阳理工大学学报. 2017(06)
[4]农业物联网技术研究进展与发展趋势分析[J]. 李道亮,杨昊. 农业机械学报. 2018(01)
[5]无标度的WSNs路由算法研究[J]. 刘莉莉,徐野. 沈阳理工大学学报. 2016(06)
[6]中国农业发展的问题、趋势与加快农业发展方式转变的方向[J]. 姜长云. 江淮论坛. 2015(05)
本文编号：2917965
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/yylw/2917965.html
