森林環(huán)境的特殊性導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在林業(yè)的實際應(yīng)用中還存在諸多困難。該文提出一種結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智慧森林監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架。該系統(tǒng)采用SX1278芯片設(shè)置LoRa收發(fā)器配合STM32F103微處理器構(gòu)建監(jiān)測節(jié)點,采用SX1301配合樹莓派構(gòu)建多業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān),并完成組網(wǎng)及對森林環(huán)境因子的采集、傳輸和匯集實驗;后臺服務(wù)軟件支持用戶通過PC機(jī)網(wǎng)頁端或手機(jī)端訪問,完成所有監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時顯示、歷史查詢、數(shù)據(jù)分析等功能。在設(shè)計過程中,針對林區(qū)特點綜合考慮了系統(tǒng)的成本、低功耗、可靠性、擴(kuò)展性等。該系統(tǒng)已部署在哀牢山區(qū),并穩(wěn)定運(yùn)行了1年半。 

【文章來源】：現(xiàn)代電子技術(shù). 2020,43(22)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2為數(shù)據(jù)采集節(jié)點原理框圖，主要包括MCU、信號采集、硬件喚醒和電源管理等部分。系統(tǒng)采用STM32F103單片機(jī)作為控制器，其豐富的片上資源、靈活的節(jié)能機(jī)制方便了硬件電路設(shè)計。無線收發(fā)器采用了Semtech公司的非授權(quán)頻譜Lo Ra調(diào)制芯片SX1278。Lo Ra采用的線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制方式可以有效提高靈敏度、抗干擾能力和信道容量，可使用較低的功耗實現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，適合在林區(qū)中組網(wǎng)使用。根據(jù)森林環(huán)境監(jiān)測需求及森林火險模型關(guān)注的主要氣象因子，選取大氣溫度、大氣濕度、太陽輻射、可燃物濕度4個參數(shù)作為傳感器節(jié)點的監(jiān)測對象。溫濕度采集選用經(jīng)過校準(zhǔn)的數(shù)字式傳感器AM2301，保證了所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；可燃物濕度傳感器輸出模擬電壓信號，通過A/D采樣獲取濕度數(shù)據(jù)，安裝時插入數(shù)據(jù)采集節(jié)點附近的干樹枝中；太陽輻射傳感器采用了400～1 200 nm光譜傳感器。同時單片機(jī)還通過串口控制電源管理芯片，收集太陽能為電池充電，并精確控制各個設(shè)備的電源供給，配合節(jié)能機(jī)制能在休眠期間進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)采集節(jié)點功耗。

每個數(shù)據(jù)幀都由前導(dǎo)碼、物理頭、負(fù)載和校驗組成。數(shù)據(jù)采集節(jié)點上行數(shù)據(jù)幀分為普通數(shù)據(jù)幀、緊急數(shù)據(jù)幀、中繼數(shù)據(jù)幀三種類型。每次采集到的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)置的閾值進(jìn)行比對，當(dāng)數(shù)據(jù)處于閾值范圍內(nèi)時，將采用增量壓縮方式進(jìn)行傳輸，將多次采集數(shù)據(jù)壓縮為一條信息傳輸。從而通過減少傳輸次數(shù)，降低能源消耗。圖3所示為普通數(shù)據(jù)幀負(fù)載字段，其中，包含起始時刻數(shù)據(jù)、增量數(shù)據(jù)以及時間戳。當(dāng)網(wǎng)關(guān)接收到數(shù)據(jù)，將通過增量還原算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行還原。對于tn時刻采樣值yn有：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]ZigBee在精確林業(yè)中的應(yīng)用[J]. 李俊萩,張晴暉,榮劍,徐安排,賀金平.  農(nóng)機(jī)化研究. 2010(07)



本文編號：2991679