農業(yè)是我國國民經濟發(fā)展的基礎,在科技飛速發(fā)展的今天,將物聯網、傳感器、嵌入式等技術與傳統(tǒng)農業(yè)模式相結合,發(fā)展現代化農業(yè)。智慧農業(yè)的出現,使農業(yè)生產水平得到大大提升,農業(yè)資源利用效率顯著提高,實現智能化農業(yè)生產模式,建設優(yōu)質、高產、低耗、高效的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng),同時減少浪費、防止污染,實現可持續(xù)發(fā)展。首先針對智慧農業(yè)系統(tǒng)的無線傳感節(jié)點部署問題,為了提高網絡覆蓋率,提出基于改進人工蜂群算法的無線傳感網絡節(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域搜索算子中,引入全局最優(yōu)因子和動態(tài)調節(jié)因子,經過不同維度下標準測試函數實驗表明,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用于無線傳感網絡覆蓋模型中,與原始的蜂群算法比較,對傳感器節(jié)點分布更加合理,網絡覆蓋率得到一定的提升。然后針對無線網絡數據通信過程受到限制的問題,設計了一套基于異構組網的智慧農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng),采用物聯網的三層體系結構進行設計,包括感知層、傳輸層和應用層,感知層包括系統(tǒng)前端感知環(huán)境數據,多個終端節(jié)點完成對數據的采集及控制;傳輸層采用LoraWAN的通信協議自組織組網將前端采集的數據無線傳輸給網關,網關將收集到的數據分析處理,實現智能控制,然后將所有數據重新打包,采用NB-IoT通信技術發(fā)送至服務器;應用層對網關上報的農業(yè)環(huán)境數據進行解析,分類處理和存儲,通過Web服務器形成可視化界面顯示出來,主要顯示環(huán)境氣象數據和土壤數據,報警狀態(tài),控制參數等,完成對農業(yè)環(huán)境的遠距離監(jiān)控,為農作物提供一個良好的生長環(huán)境。本系統(tǒng)在實驗室農業(yè)物聯網沙盤內進行測試,通過Lora通信技術和NB-IoT通信技術異構組網,實現模擬農業(yè)環(huán)境的數據采集,傳輸和監(jiān)測的功能,研究測試結果表明,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,在智慧農業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的數據采集、傳輸、顯示和存儲方面,達到了預期要求。
【學位單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP212.9;TN929.5;S126
【部分圖文】：

2 異構無線傳感網絡體系結構要有四種，需要被確認的請求（CON），不需要被確認的請求（NOCK），復位消息（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 協議報文結構示意圖。

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 通信技術的終端監(jiān)測節(jié)點設計，第二部分是基于異構組網的無線通信網關設計，第三部分是基于服務器平臺的 Web 服務器的數據顯示設計。4.5.1 系統(tǒng)硬件設計展示本次系統(tǒng)設計中完成了各節(jié)點的硬件電路圖的設計，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)點組網試驗。在本次數據采集功能測試時，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)點和一個網關節(jié)點進行組網實驗。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，在本實驗室農業(yè)物聯網沙盤內實現環(huán)境信息的采集和控制，終端節(jié)點把采集到的數據通過 Lora 技術無線傳輸給網關節(jié)點，該網關節(jié)點對接受的數據匯聚處理，再通過 NB-IoT 無線通信技術傳輸給電信平臺服務器。系統(tǒng)前端數據采集節(jié)點硬件實物圖如圖 4-17 所示。
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本文編號：2841351