農(nóng)業(yè)是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ),在科技飛速發(fā)展的今天,將物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、嵌入式等技術(shù)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式相結(jié)合,發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。智慧農(nóng)業(yè)的出現(xiàn),使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平得到大大提升,農(nóng)業(yè)資源利用效率顯著提高,實現(xiàn)智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式,建設(shè)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、高效的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),同時減少浪費、防止污染,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。首先針對智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的無線傳感節(jié)點部署問題,為了提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,提出基于改進人工蜂群算法的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)化策略,分析了原始ABC算法的原理以及算法流程,針對其算法存在收斂速度慢、尋優(yōu)精度低的問題,在雇傭蜂和跟隨蜂階段領(lǐng)域搜索算子中,引入全局最優(yōu)因子和動態(tài)調(diào)節(jié)因子,經(jīng)過不同維度下標準測試函數(shù)實驗表明,改進后的算法收斂速度和精度得到顯著提升,將改進人工蜂群算法應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋模型中,與原始的蜂群算法比較,對傳感器節(jié)點分布更加合理,網(wǎng)絡(luò)覆蓋率得到一定的提升。然后針對無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程受到限制的問題,設(shè)計了一套基于異構(gòu)組網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng),采用物聯(lián)網(wǎng)的三層體系結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,包括感知層、傳輸層和應(yīng)用層,感知層包括系統(tǒng)前端感知環(huán)境數(shù)據(jù),多個終端節(jié)點完成對數(shù)據(jù)的采集及控制;傳輸層采用LoraWAN的通信協(xié)議自組織組網(wǎng)將前端采集的數(shù)據(jù)無線傳輸給網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)將收集到的數(shù)據(jù)分析處理,實現(xiàn)智能控制,然后將所有數(shù)據(jù)重新打包,采用NB-IoT通信技術(shù)發(fā)送至服務(wù)器;應(yīng)用層對網(wǎng)關(guān)上報的農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)進行解析,分類處理和存儲,通過Web服務(wù)器形成可視化界面顯示出來,主要顯示環(huán)境氣象數(shù)據(jù)和土壤數(shù)據(jù),報警狀態(tài),控制參數(shù)等,完成對農(nóng)業(yè)環(huán)境的遠距離監(jiān)控,為農(nóng)作物提供一個良好的生長環(huán)境。本系統(tǒng)在實驗室農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)沙盤內(nèi)進行測試,通過Lora通信技術(shù)和NB-IoT通信技術(shù)異構(gòu)組網(wǎng),實現(xiàn)模擬農(nóng)業(yè)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集,傳輸和監(jiān)測的功能,研究測試結(jié)果表明,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,在智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示和存儲方面,達到了預(yù)期要求。
【學(xué)位單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP212.9;TN929.5;S126
【部分圖文】：

2 異構(gòu)無線傳感網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)要有四種，需要被確認的請求（CON），不需要被確認的請求（NOCK），復(fù)位消息（RST）。TKL 為 token 的長度，占用 4bit，目前可支持 0保留用于將來擴展，Code 占 8bit，前 3bit 代表類型。 Message ID 2-12 為 CoAP 協(xié)議報文結(jié)構(gòu)示意圖。

測量指令一次測量 連續(xù)測量*可能忽略通電指令 通過IIC寫指令自動狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 4-8 BH1750FVI 光找強度傳感器測量步驟BH1750FVI 芯片采用的部分指令集合如下表 4-2 所示。表 4-2 BH1750FVI 芯片部分指令集指令 功能代碼 注釋通電 0000_0001 等待測量指令連續(xù) H 分辨率模式0001_0000在 1lx 分辨率下開始測量測量時間一般為 120msBH1750FVI 芯片采用標準的 IIC 總線傳輸方式，標準的 IIC 總線時序圖如下圖 4示：

本章完成對系統(tǒng)的設(shè)計，并對各部分進行測試。該系統(tǒng)可分為三部分，第一部分是基于 Lora 通信技術(shù)的終端監(jiān)測節(jié)點設(shè)計，第二部分是基于異構(gòu)組網(wǎng)的無線通信網(wǎng)關(guān)設(shè)計，第三部分是基于服務(wù)器平臺的 Web 服務(wù)器的數(shù)據(jù)顯示設(shè)計。4.5.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計展示本次系統(tǒng)設(shè)計中完成了各節(jié)點的硬件電路圖的設(shè)計，以及所需元器件的選型和采購，使用 Altium Designer 繪制軟件完成 PCB 繪制，最后完成電路板的焊接，將各個節(jié)點硬件焊接好以后，成功完成各節(jié)點組網(wǎng)試驗。在本次數(shù)據(jù)采集功能測試時，選取了 4 個節(jié)點，包括一個氣象環(huán)境監(jiān)測節(jié)點，一個土壤墑情采集節(jié)點，一個控制節(jié)點和一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點進行組網(wǎng)實驗。氣象環(huán)境監(jiān)測節(jié)點上掛載 CO2 氣體傳感器、光強傳感器、風速傳感器、雨量傳感器、DHT11 溫濕度傳感器，土壤墑情采集節(jié)點掛載土壤 PH 傳感器、土壤濕度傳感器，控制節(jié)點上各掛載一個水泵，在本實驗室農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)沙盤內(nèi)實現(xiàn)環(huán)境信息的采集和控制，終端節(jié)點把采集到的數(shù)據(jù)通過 Lora 技術(shù)無線傳輸給網(wǎng)關(guān)節(jié)點，該網(wǎng)關(guān)節(jié)點對接受的數(shù)據(jù)匯聚處理，再通過 NB-IoT 無線通信技術(shù)傳輸給電信平臺服務(wù)器。系統(tǒng)前端數(shù)據(jù)采集節(jié)點硬件實物圖如圖 4-17 所示。
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本文編號：2841351