基于SVM的温室大棚温湿度预测预警系统研究
发布时间：2021-01-31 06:47
智慧农业一直在智慧经济中占据着巨大的比重,无论是发达国家还是发展中国家,智慧农业都是其巩固经济基础、凸显后发优势、实现赶超战略的主要途径,因此,不断探索更先进、更有实践性的智慧农业方法势在必行。农业大棚温湿度预测预警作为智慧农业的应用领域之一,是利用传感器等物联网设备实现农业现场环境数据的采集,并采用数学和相关统计学习方法,对农业大棚温湿度未来发展的可能性趋势在一定时间内进行推测和估计,并对不正确、不适宜的棚内状态进行预警。本文针对农业温室大棚温湿度预测预警中存在的问题,首先是通过NodeMCU和CC2530实现串口通信,接收、缓存终端数据;并利用无线网络和NodeMCU模块中的WiFi功能,通过MQTT通信协议,实现农业大棚现场环境数据的实时采集。其次利用采集到的数据和中国天气网公布的气象观测值,在考虑不同影响因子的条件下,对大棚最高温、最低温通过网格搜索优化支持向量机核参数和惩罚因子进行预测建模研究,并利用逐时转化系数,计算出大棚内相应时刻的温度,达到逐时预测大棚内温度的目的。此外,在充分考虑不同环境因子对大棚湿度的影响下,预测出农业大棚内逐时的环境湿度状况。在对温室大棚温度预警的...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统体系结构设计
内蒙古科技大学硕士学位论文-6-协议完成短距离无线通讯，将传感器采集的数据上传到邻近的协调器节点，协调器通过串口通信发送给NodeMCU，服务器端程序订阅相关话题，将数据存储到CSV文件中，同时通过MQTT协议，完成在服务器的发布和订阅，手机app通过订阅主题消息实时显示大棚环境信息数据。2.2系统的设计2.2.1传感器的选择本实验主要采集温室大棚内的温度、湿度以及光照强度这三种环境信息，以下是对实现采集信息传感器的介绍。（1）空气温湿度传感器在参考大棚内环境不同季节的温湿度范围，以及传感器的使用范围，本文选用温湿度传感器DHT22。DHT22也称为AM2302，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器[23]。DHT22传感器采用简化的单总线通信，单总线即只有一条数据线，系统中的数据交换、控制均由数据线完成。主机访问传感器必须严格遵守单总线序列，若出现序列混乱，传感器将不响应主机。温度和湿度都是在一条线上读取的[24]，驱动它只需三根线：电源线、信号线和地线，因此其电路也很简单。DHT22温湿度采集模块实物图如图2.2所示。图2.2DHT22温湿度采集模块实物图DHT22特性[25]为：湿度量程范围：0~99.9%RH，精度±2%RH；温度量程范围：-40℃~80℃，精度±0.5℃；分辨率：16位模式，0.1%RH；工作电压：3.3-5.5V；输出形式：数字输出。
内蒙古科技大学硕士学位论文-7-（2）光照强度传感器本研究中光照强度传感器选用BH1750fvi传感器，BH1750fvi包含光敏电阻，光敏电阻感知光照强度的同时电阻值发生变化，采集光敏电阻上的电压值就可以根据这个电压值算出光照强度[26]。硬件上通过用比较芯片使传感器可以适应不同的环境，从而输出模拟信号和状态量。同时可以通过传感器节点板上的可调电阻，实现控制引脚电平的输出，以适应不同环境，达到更加精准的控制[27]。BH1750fvi传感器的高分辨率特性可以测量较大范围的光照度值，直接输出对应的光照强的数字值，而大棚内特殊的环境气候日变化较大，因此该传感器也适合大棚数据气候采集。BH1750fvi传感器实物图如图2.3所示。图2.3BH1750fvi传感器实物图BH1750fvi技术参数[28]为：光强度测量范围：0-65535lx；输出形式：数字输出；工作电压：3-5V；工作方式：标准NXPIIC通信协议。2.2.2采集终端及网关的设计采集终端的节点是温室大棚实现信息传输的重要组成部分，首先通过ZigBee协议组网，然后将采集数据上传到由CC2530射频板模块和NodeMCU模块组成的网关[29]。ZigBee射频芯片为低速短距离无线通信协议，协议底层基于IEEE802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层，主要有较低传输速率、低功耗、低成本、组网数量多、复杂度低、数据传输可靠、通信安全等特征[30]。所以，选择该射频芯片为温室
【参考文献】：
期刊论文
[1]支持向量机复合核函数的高光谱显微成像木材树种分类[J]. 赵鹏,唐艳慧,李振宇. 光谱学与光谱分析. 2019(12)
[2]基于粒子群优化的近似散射相函数拟合方法[J]. 陈鹏,赵继广,杜小平,宋一铄. 红外与激光工程. 2019(12)
[3]Improving Throughput of Communication Link in IEEE 802.15.4 Based Energy-Harvesting Wireless Sensor Network[J]. BAI Nana,GONG Siliang,SHI Haiyan,CHENG Zhen,ZHU Yihua. Chinese Journal of Electronics. 2019(04)
[4]基于CC3200的大棚温湿度无线控制系统设计（英文）[J]. 赵成城,丁海飞,刘文怡,康曦. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2018(02)
[5]基于Z-Stack的ZigBee协议栈组网过程研究[J]. 何智勇,徐丽萍. 南京工业职业技术学院学报. 2018(01)
[6]基于Arduino和ZigBee的物联网智能网关设计与实现[J]. 方中纯,李海荣. 山东工业技术. 2018(02)
[7]基于网格搜索随机森林算法的工矿复垦区土地利用分类[J]. 陈元鹏,罗明,彭军还,王军,周旭,李少帅. 农业工程学报. 2017(14)
[8]基于改进网格搜索算法的随机森林参数优化[J]. 温博文,董文瀚,解武杰,马骏. 计算机工程与应用. 2018(10)
[9]基于PSO-RBF神经网络在温室温度预测中的应用[J]. 夏爽,李丽宏. 计算机工程与设计. 2017(03)
[10]基于WIFI的农业物联网温室大棚环境监测系统的设计[J]. 杨飞,谢涛,伍英,苏维均. 计算机测量与控制. 2017(02)
博士论文
[1]基于多视角学习和迁移学习的分类方法及应用研究[D]. 姜志彬.江南大学 2019
[2]温室温湿度建模与多目标相容切换控制方法研究[D]. 徐振峰.东南大学 2018
[3]温室生产分层递阶控制系统设计方法研究[D]. 陈俐均.中国农业大学 2018
[4]模块化多因素关联控制智能温室设计研究[D]. 任延昭.中国农业大学 2018
硕士论文
[1]基于优化支持向量回归机的充电站负荷预测研究[D]. 康晓凡.西安科技大学 2019
[2]基于物联网的温室大棚环境监测系统研究与开发[D]. 徐锦涛.内蒙古科技大学 2019
[3]基于智能移动手机GSM网络的智能家居系统研究与设计[D]. 孙小霞.华东交通大学 2018
[4]基于支持向量机的渔业养殖水质预测与预警[D]. 孟连子.天津理工大学 2018
[5]石蜡体系相变材料北方地区温室大棚控温试验研究[D]. 程素香.东北电力大学 2017
[6]符合IEEE 802.15.4-2011协议的多功能感知节点设计与实现[D]. 陈玉梅.电子科技大学 2017
[7]基于决策树的支持向量机多类分类方法研究[D]. 孙奉永.东北师范大学 2015
[8]ZigBee无线传感网系统设计与实现[D]. 杨言安.山西大学 2015
[9]基于ZigBee的鸡舍光照监测系统的研究[D]. 王媛.河北农业大学 2013
本文编号：3010394
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统体系结构设计
内蒙古科技大学硕士学位论文-6-协议完成短距离无线通讯，将传感器采集的数据上传到邻近的协调器节点，协调器通过串口通信发送给NodeMCU，服务器端程序订阅相关话题，将数据存储到CSV文件中，同时通过MQTT协议，完成在服务器的发布和订阅，手机app通过订阅主题消息实时显示大棚环境信息数据。2.2系统的设计2.2.1传感器的选择本实验主要采集温室大棚内的温度、湿度以及光照强度这三种环境信息，以下是对实现采集信息传感器的介绍。（1）空气温湿度传感器在参考大棚内环境不同季节的温湿度范围，以及传感器的使用范围，本文选用温湿度传感器DHT22。DHT22也称为AM2302，是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器[23]。DHT22传感器采用简化的单总线通信，单总线即只有一条数据线，系统中的数据交换、控制均由数据线完成。主机访问传感器必须严格遵守单总线序列，若出现序列混乱，传感器将不响应主机。温度和湿度都是在一条线上读取的[24]，驱动它只需三根线：电源线、信号线和地线，因此其电路也很简单。DHT22温湿度采集模块实物图如图2.2所示。图2.2DHT22温湿度采集模块实物图DHT22特性[25]为：湿度量程范围：0~99.9%RH，精度±2%RH；温度量程范围：-40℃~80℃，精度±0.5℃；分辨率：16位模式，0.1%RH；工作电压：3.3-5.5V；输出形式：数字输出。
内蒙古科技大学硕士学位论文-7-（2）光照强度传感器本研究中光照强度传感器选用BH1750fvi传感器，BH1750fvi包含光敏电阻，光敏电阻感知光照强度的同时电阻值发生变化，采集光敏电阻上的电压值就可以根据这个电压值算出光照强度[26]。硬件上通过用比较芯片使传感器可以适应不同的环境，从而输出模拟信号和状态量。同时可以通过传感器节点板上的可调电阻，实现控制引脚电平的输出，以适应不同环境，达到更加精准的控制[27]。BH1750fvi传感器的高分辨率特性可以测量较大范围的光照度值，直接输出对应的光照强的数字值，而大棚内特殊的环境气候日变化较大，因此该传感器也适合大棚数据气候采集。BH1750fvi传感器实物图如图2.3所示。图2.3BH1750fvi传感器实物图BH1750fvi技术参数[28]为：光强度测量范围：0-65535lx；输出形式：数字输出；工作电压：3-5V；工作方式：标准NXPIIC通信协议。2.2.2采集终端及网关的设计采集终端的节点是温室大棚实现信息传输的重要组成部分，首先通过ZigBee协议组网，然后将采集数据上传到由CC2530射频板模块和NodeMCU模块组成的网关[29]。ZigBee射频芯片为低速短距离无线通信协议，协议底层基于IEEE802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层，主要有较低传输速率、低功耗、低成本、组网数量多、复杂度低、数据传输可靠、通信安全等特征[30]。所以，选择该射频芯片为温室
【参考文献】：
期刊论文
[1]支持向量机复合核函数的高光谱显微成像木材树种分类[J]. 赵鹏,唐艳慧,李振宇. 光谱学与光谱分析. 2019(12)
[2]基于粒子群优化的近似散射相函数拟合方法[J]. 陈鹏,赵继广,杜小平,宋一铄. 红外与激光工程. 2019(12)
[3]Improving Throughput of Communication Link in IEEE 802.15.4 Based Energy-Harvesting Wireless Sensor Network[J]. BAI Nana,GONG Siliang,SHI Haiyan,CHENG Zhen,ZHU Yihua. Chinese Journal of Electronics. 2019(04)
[4]基于CC3200的大棚温湿度无线控制系统设计（英文）[J]. 赵成城,丁海飞,刘文怡,康曦. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2018(02)
[5]基于Z-Stack的ZigBee协议栈组网过程研究[J]. 何智勇,徐丽萍. 南京工业职业技术学院学报. 2018(01)
[6]基于Arduino和ZigBee的物联网智能网关设计与实现[J]. 方中纯,李海荣. 山东工业技术. 2018(02)
[7]基于网格搜索随机森林算法的工矿复垦区土地利用分类[J]. 陈元鹏,罗明,彭军还,王军,周旭,李少帅. 农业工程学报. 2017(14)
[8]基于改进网格搜索算法的随机森林参数优化[J]. 温博文,董文瀚,解武杰,马骏. 计算机工程与应用. 2018(10)
[9]基于PSO-RBF神经网络在温室温度预测中的应用[J]. 夏爽,李丽宏. 计算机工程与设计. 2017(03)
[10]基于WIFI的农业物联网温室大棚环境监测系统的设计[J]. 杨飞,谢涛,伍英,苏维均. 计算机测量与控制. 2017(02)
博士论文
[1]基于多视角学习和迁移学习的分类方法及应用研究[D]. 姜志彬.江南大学 2019
[2]温室温湿度建模与多目标相容切换控制方法研究[D]. 徐振峰.东南大学 2018
[3]温室生产分层递阶控制系统设计方法研究[D]. 陈俐均.中国农业大学 2018
[4]模块化多因素关联控制智能温室设计研究[D]. 任延昭.中国农业大学 2018
硕士论文
[1]基于优化支持向量回归机的充电站负荷预测研究[D]. 康晓凡.西安科技大学 2019
[2]基于物联网的温室大棚环境监测系统研究与开发[D]. 徐锦涛.内蒙古科技大学 2019
[3]基于智能移动手机GSM网络的智能家居系统研究与设计[D]. 孙小霞.华东交通大学 2018
[4]基于支持向量机的渔业养殖水质预测与预警[D]. 孟连子.天津理工大学 2018
[5]石蜡体系相变材料北方地区温室大棚控温试验研究[D]. 程素香.东北电力大学 2017
[6]符合IEEE 802.15.4-2011协议的多功能感知节点设计与实现[D]. 陈玉梅.电子科技大学 2017
[7]基于决策树的支持向量机多类分类方法研究[D]. 孙奉永.东北师范大学 2015
[8]ZigBee无线传感网系统设计与实现[D]. 杨言安.山西大学 2015
[9]基于ZigBee的鸡舍光照监测系统的研究[D]. 王媛.河北农业大学 2013
本文编号：3010394
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