设施农业环境信息低功耗无线采集系统设计
发布时间：2021-01-09 00:54
环境信息监控对设施农业生产工作具有重要意义,无线传感器网络技术在设施农业环境信息采集系统中得到了广泛应用,对于不便于架设电源线而采用电池供电的设施环境信息采集系统,如何降低系统能耗、提高电能利用效率已成为研究热点。本文针对这一问题设计了一套低功耗无线环境信息采集系统。本文对系统软硬件结构、组网模式、节能算法等部分进行了研究,开发了一种基于Wi-Fi的无线设施环境信息采集系统,并设计了动态休眠节能算法,实现了系统的低功耗稳定运行。系统由数据采集节点和数据汇聚节点组成,各节点由STM32F103VET6单片机、无线通信模块、环境参数传感器等部分组成。数据采集节点采集环境数据,采集完成后通过无线网络将数据发送至汇聚节点,汇聚节点接收数据后通过无线网络将其发送至服务器。为降低采集系统功耗,设计了三种动态休眠算法,即参数增量计算法、参数增量速度计算法、参数增量加速度计算法。首先在算法中确定环境参数采集周期和参数变化量预设值,参数增量计算法每一周期采集一次数据,将最新采集的参数值与初始时刻参数值做差后确定该段时间内的参数增量,如果参数增量不小于预设值,则开启网络发送该时刻数据,否则不开启网络;参数...
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２节点整体电路图??Ｆｉｇ．２－２?Ｃｉｒｃｕ?
?河北农业大学硕士学位（毕业）论文???样电压输入引脚、引脚３接地、引脚４为转换引脚、引脚５为电源输入引脚，芯片内??部集成了?１．２３Ｖ基准电压元，可通过反馈取样电压大小决定电压输出值，２４Ｖ传感器??电源电路如图２－３所示。??ｌＯＯｕＨ??Ｕｉ＋５Ｖ｜?????ｍ?１??｜Ｕ〇＋２４Ｖ??５４?ｆＵ??５?４?３０Ｋ??＾Ｙ??＝?＝Ｃ４０?Ｉ—１?ＬＭ２５７７－ＡＤＪ?＾???〇?ＵＶＬ〇????＾４，??２－２Ｋ?３?Ｉ．６Ｋ??二＝Ｃ４ｉ?—?—ｃｄ￣ｙ??ｎ￣￣６８０ｕＦ??ＧＮＤ－｜｜｜???????图２－３?２４Ｖ传感器电源电路图??Ｆｉｇ．２－３?Ｐｏｗｅｒ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?２４Ｖ?ｓｅｎｓｏｒｓ??２．５传感器电源控制电路??为了降低系统能耗，传感器和无线传输模块只需在特定时刻处于工作状态，在无??需采集数据时切断传感器和无线模块的电源。本系统选用ＨＦＤ４／３－Ｌ型单线圈磁保持??继电器（宏发公司）作为传感器电源控制开关。与普通继电器相比，磁保持继电器只??需接收一定宽度的脉冲信号即可动作，脉冲信号消失后仍保持动作后状态，ＨＦＤ４／３－Ｌ??型单线圈磁保持继电器既实现了控制传感器电源的功能又有效避免了普通继电器持??续接收信号造成的能耗浪费。??ＨＦＤ４／３－Ｌ型单线圈磁保持继电器外型孝功耗低，其最大切换电流为２Ａ，最大??切换电压为２２０ＶＤＣ，最大切换功率为６０Ｗ，继电器线圈电压为３ＶＤＣ（最大为６ＶＤＣ），??满足温室信息采集系统需要。ＨＦＤ４／３－Ｌ型单线圈磁保持继电器共有８个引脚，引脚??１和引脚８接收单片机
?河北农业大学硕士学位（毕业）论文???Ｏ０＃??图２－７空气温湿度采集模块实物图??Ｆｉｇ．２－７?Ｐｉｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ａｉｒ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ?ｍｏｄｕｌｅ??表２－５空气温湿度采集模块参数对照表??Ｔａｂ．２－５?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ａｉｒ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ?ｍｏｄｕｌｅｓ??名称?供电电压输出类型输出范围测量误差温度／湿度?温度量程?湿度量程??ＳＨＴ２０?传感器?２．１－３．６Ｖ?数字信号?－?±０．３ｔ：／±３％ＲＨ?－４０－１２５＂Ｃ?０－１００％ＲＨ??ＲＳ－ＫＱ－Ｖ０１－２?１０－３０Ｖ?模拟信号?０＊２Ｖ?±０．５。（：／±３％朋?－４０－８０＊Ｃ?０－１００％ＲＨ??ＤＨＴ１１?传感器?３．３－５Ｖ?数字信号?￣?±２１／土?５％ＲＨ?０－５ＣＴＣ?２０－９５％ＲＨ??由表２－５可知，ＳＨＴ２０传感器为Ｉ２Ｃ通信，其温湿度测量误差分别为±０．３°Ｃ、??±３％ＲＨ，温度量程为－４０－１２５°Ｃ。ＲＳ－ＫＱ－Ｖ０１－２型空气温湿度变送器为模拟量输出方??式，其温度测量误差较低，体积较大。ＤＨＴ１１传感器为单总线传输方式，需要一根??信号线即可满足数据采集要求，接线方式简单，但其测量误差大、量程校??为了更准确的采集温室环境参数信息，本系统选用ＳＨＴ２０传感器作为空气温湿??度采集模块，该模块精度高、量程大，满足系统要求。该传感器供电引脚与其电源控??制模块相接，ＳＤＡ、ＳＣＬ引脚分别与单片机ＰＢ１１和ＰＢ１０相连接，连接电路图如图??２－８所示。???Ｌ０Ｂ?Ｂ—ｔ２?－－??ＧＮＤ＇｜｜?＾ＧＮＤ?Ｖｌｌｖ－５
本文编号：2965648
【文章来源】：河北农业大学河北省
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２节点整体电路图??Ｆｉｇ．２－２?Ｃｉｒｃｕ?
?河北农业大学硕士学位（毕业）论文???样电压输入引脚、引脚３接地、引脚４为转换引脚、引脚５为电源输入引脚，芯片内??部集成了?１．２３Ｖ基准电压元，可通过反馈取样电压大小决定电压输出值，２４Ｖ传感器??电源电路如图２－３所示。??ｌＯＯｕＨ??Ｕｉ＋５Ｖ｜?????ｍ?１??｜Ｕ〇＋２４Ｖ??５４?ｆＵ??５?４?３０Ｋ??＾Ｙ??＝?＝Ｃ４０?Ｉ—１?ＬＭ２５７７－ＡＤＪ?＾???〇?ＵＶＬ〇????＾４，??２－２Ｋ?３?Ｉ．６Ｋ??二＝Ｃ４ｉ?—?—ｃｄ￣ｙ??ｎ￣￣６８０ｕＦ??ＧＮＤ－｜｜｜???????图２－３?２４Ｖ传感器电源电路图??Ｆｉｇ．２－３?Ｐｏｗｅｒ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?２４Ｖ?ｓｅｎｓｏｒｓ??２．５传感器电源控制电路??为了降低系统能耗，传感器和无线传输模块只需在特定时刻处于工作状态，在无??需采集数据时切断传感器和无线模块的电源。本系统选用ＨＦＤ４／３－Ｌ型单线圈磁保持??继电器（宏发公司）作为传感器电源控制开关。与普通继电器相比，磁保持继电器只??需接收一定宽度的脉冲信号即可动作，脉冲信号消失后仍保持动作后状态，ＨＦＤ４／３－Ｌ??型单线圈磁保持继电器既实现了控制传感器电源的功能又有效避免了普通继电器持??续接收信号造成的能耗浪费。??ＨＦＤ４／３－Ｌ型单线圈磁保持继电器外型孝功耗低，其最大切换电流为２Ａ，最大??切换电压为２２０ＶＤＣ，最大切换功率为６０Ｗ，继电器线圈电压为３ＶＤＣ（最大为６ＶＤＣ），??满足温室信息采集系统需要。ＨＦＤ４／３－Ｌ型单线圈磁保持继电器共有８个引脚，引脚??１和引脚８接收单片机
?河北农业大学硕士学位（毕业）论文???Ｏ０＃??图２－７空气温湿度采集模块实物图??Ｆｉｇ．２－７?Ｐｉｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ａｉｒ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ?ｍｏｄｕｌｅ??表２－５空气温湿度采集模块参数对照表??Ｔａｂ．２－５?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ａｉｒ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｈｕｍｉｄｉｔｙ?ｍｏｄｕｌｅｓ??名称?供电电压输出类型输出范围测量误差温度／湿度?温度量程?湿度量程??ＳＨＴ２０?传感器?２．１－３．６Ｖ?数字信号?－?±０．３ｔ：／±３％ＲＨ?－４０－１２５＂Ｃ?０－１００％ＲＨ??ＲＳ－ＫＱ－Ｖ０１－２?１０－３０Ｖ?模拟信号?０＊２Ｖ?±０．５。（：／±３％朋?－４０－８０＊Ｃ?０－１００％ＲＨ??ＤＨＴ１１?传感器?３．３－５Ｖ?数字信号?￣?±２１／土?５％ＲＨ?０－５ＣＴＣ?２０－９５％ＲＨ??由表２－５可知，ＳＨＴ２０传感器为Ｉ２Ｃ通信，其温湿度测量误差分别为±０．３°Ｃ、??±３％ＲＨ，温度量程为－４０－１２５°Ｃ。ＲＳ－ＫＱ－Ｖ０１－２型空气温湿度变送器为模拟量输出方??式，其温度测量误差较低，体积较大。ＤＨＴ１１传感器为单总线传输方式，需要一根??信号线即可满足数据采集要求，接线方式简单，但其测量误差大、量程校??为了更准确的采集温室环境参数信息，本系统选用ＳＨＴ２０传感器作为空气温湿??度采集模块，该模块精度高、量程大，满足系统要求。该传感器供电引脚与其电源控??制模块相接，ＳＤＡ、ＳＣＬ引脚分别与单片机ＰＢ１１和ＰＢ１０相连接，连接电路图如图??２－８所示。???Ｌ０Ｂ?Ｂ—ｔ２?－－??ＧＮＤ＇｜｜?＾ＧＮＤ?Ｖｌｌｖ－５
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