• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于LoRa的遠(yuǎn)程分布式農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

      2019-12-16 01:42:53韓團(tuán)軍尹繼武趙增群王楷
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年19期
      關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)

      韓團(tuán)軍 尹繼武 趙增群 王楷

      摘要:為解決傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)復(fù)雜、傳輸距離短、功耗高等問題,提出一種基于LoRa技術(shù)的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32微控制器的外設(shè)功能驅(qū)動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)多種環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè),利用LoRa無線通信模塊組建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中的匯總節(jié)點(diǎn)接收所有從監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)打包處理后通過通用分組無線服務(wù)(GPRS)通信網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器,利用C#語言開發(fā)的上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示以及保存。經(jīng)測(cè)試,該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù),運(yùn)行穩(wěn)定可靠,可以滿足農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求。

      關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);農(nóng)業(yè)環(huán)境;LoRa;GPRS通信

      中圖分類號(hào): S275.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

      文章編號(hào):1002-1302(2019)19-0236-05

      收稿日期:2018-07-01

      基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(編號(hào):61401262);陜西省教育廳基金(編號(hào):16JK1151);陜西理工大學(xué)2017年科研基金(編號(hào):SLGKY2017-16)。

      作者簡介:韓團(tuán)軍(1981—),男,陜西咸陽人,碩士,講師,研究方向?yàn)榧呻娐吩O(shè)計(jì)與分析,E-mail:htjzyh@163.com;尹繼武,教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)樾盘?hào)處理,E-mail:Yjw23456@163.com。

      我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有十分重要的戰(zhàn)略地位,我國農(nóng)業(yè)環(huán)境在空間和地域分布上極其不同,如何科學(xué)有效地管理和監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息成為農(nóng)業(yè)信息化研究的重點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展給農(nóng)業(yè)環(huán)境信息采集和最優(yōu)化控制提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ),已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)科學(xué)種植的主要信息化手段?,F(xiàn)在已有的農(nóng)業(yè)無線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)和協(xié)議比較復(fù)雜,系統(tǒng)存在著傳輸距離短、功耗高和抗干擾性差等缺點(diǎn)[1-5]。

      本研究提出了一種基于LoRa技術(shù)的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),利用LoRa無線通信模塊組建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中的匯總節(jié)點(diǎn)接收所有監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)打包處理后通過通用分組無線服務(wù)(GPRS)通信網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器,利用C#語言開發(fā)的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示以及保存。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組網(wǎng)簡單,能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確顯示農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù),運(yùn)行穩(wěn)定可靠,可以滿足農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)和有效管理的要求。

      1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      整個(gè)系統(tǒng)利用LoRa無線通信模塊組建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),包含監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)和匯總節(jié)點(diǎn)2種節(jié)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)由STM32控制器、傳感器和LoRa模塊組成,STM32驅(qū)動(dòng)各傳感器采集數(shù)據(jù)并通過LoRa模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯總節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中的匯總節(jié)點(diǎn)接收所有從監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)打包處理后通過GPRS通信網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器,利用C#語言開發(fā)的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示以及保存。整個(gè)農(nóng)業(yè)環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

      2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

      整個(gè)系統(tǒng)分為監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、匯總節(jié)點(diǎn)2個(gè)部分。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)包括STM32控制器模塊、LoRa無線通信模塊、土壤溫度和水分傳感器模塊、土壤酸堿度傳感器模塊、光照傳感器模塊以及電源模塊,監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)并通過LoRa模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯總節(jié)點(diǎn)。匯總節(jié)點(diǎn)包括STM32控制器模塊、LoRa無線通信模塊、GPRS模塊以及電源模塊,負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)打包后上傳至服務(wù)器端。整個(gè)系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示。

      2.1 電源模塊電路設(shè)計(jì)

      電源供電需要+5.0 V、+3.3 V和+12.0 V 3路電源。控制器采用+3.3 V電源供電,放大電路需要+12.0 V電源進(jìn)行供電,+5.0 V電源由USB提供,為了保證電源設(shè)計(jì)輸出穩(wěn)定,采用AMS1117穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)+3.3 V電源,用德州儀器公司的LDO低壓差線性穩(wěn)壓器TPS54140設(shè)計(jì)提供12 V電源[6-7]。供電電路如圖3和圖4所示。

      2.2 土壤酸堿度電路設(shè)計(jì)

      設(shè)計(jì)中采用電化學(xué)法對(duì)土壤的酸堿度進(jìn)行測(cè)量,該方法是利用電極電位的大小與檢測(cè)物質(zhì)濃度的大小呈線性的電化學(xué)法。工作原理是把被測(cè)液體的濃度、測(cè)量電極和參考比較電極等效為原電池,這樣可以使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電池的電動(dòng)勢(shì),建立起原電池電壓和液體中氫離子濃度之間的關(guān)系,通過測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)得到氫離子濃度,進(jìn)而得到土壤的酸堿度值。在設(shè)計(jì)中由于土壤溶液中氫離子濃度轉(zhuǎn)化的電信號(hào)比較微弱,不能為后續(xù)電路處理,所以必須對(duì)該采集到的小信號(hào)進(jìn)行放大處理。本研究采用CD4575和TL048 2款放大器和相關(guān)的外圍電路設(shè)計(jì)了一個(gè)四級(jí)運(yùn)放系統(tǒng)。四級(jí)放大器的第1級(jí)采用正相放大設(shè)計(jì),這樣設(shè)計(jì)可以提高輸入阻抗;用TL048設(shè)計(jì)第3級(jí)放大器,作用是調(diào)節(jié)輸入電壓的零點(diǎn)[8-10]。具體電路如圖5所示。

      3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

      整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)、匯總節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。

      3.1 監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

      監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)由STM32微控制器、多傳感器、LoRa模塊組成,土壤溫度、水分傳感器和STM32之間通過IIC總線通信,酸堿度傳感器和光照傳感器的數(shù)據(jù)通過STM32內(nèi)部的ADC模塊讀取,LoRa模塊和STM32控制器之間通過串口通信,程序流程如圖6所示。

      3.2 匯總節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

      匯總節(jié)點(diǎn)由STM32微控制器、LoRa模塊以及GPRS模塊組成,其主要功能是接收所有從監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù),然后將所有數(shù)據(jù)打包處理上傳至服務(wù)器端。LoRa模塊和GPRS模塊都是通過串口和STM32通信,所以在匯總節(jié)點(diǎn)部分須要用到STM32內(nèi)部的USART模塊。STM32和LoRa模塊之間使用USART1通信,STM32和GPRS模塊之間使用USART2通信。USART1采用中斷方式采集數(shù)據(jù),一旦有數(shù)據(jù)傳入則會(huì)觸發(fā)中斷,串口每中斷一次發(fā)送一個(gè)八位數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)會(huì)保存在緩沖寄存器中,在串口中斷處理函數(shù)中將緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)保存到一個(gè)數(shù)組中,接收完一幀數(shù)據(jù)關(guān)閉串口1中斷,使用串口2發(fā)送數(shù)據(jù)。為了區(qū)分不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),程序規(guī)定每個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)格式為節(jié)點(diǎn)號(hào)+數(shù)據(jù)+結(jié)束標(biāo)志符。所以在匯總節(jié)點(diǎn)處要對(duì)不同節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別,如果接收到的是數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)號(hào),則表示要開始一幀數(shù)據(jù)的接收,此時(shí)將數(shù)據(jù)接收標(biāo)志位置1。如果接收到的是結(jié)束標(biāo)志符,則表示一幀數(shù)據(jù)的接收已結(jié)束,此時(shí)將數(shù)據(jù)接收標(biāo)志位置0,將數(shù)據(jù)接收完成標(biāo)志位置1。主程序中判斷到數(shù)據(jù)接收完成標(biāo)志位置1后會(huì)中斷串口1,此時(shí)轉(zhuǎn)入串口2發(fā)送,利用串口2的發(fā)送函數(shù)將數(shù)組中的數(shù)據(jù)發(fā)給GPRS模塊,然后GPRS模塊將所有的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端。其程序流程如圖7所示。

      3.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

      上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)利用Visual studio開發(fā)平臺(tái)完成,通過 C# .NET 的窗體應(yīng)用程序開發(fā)中若干類庫設(shè)計(jì)出軟件整體。本系統(tǒng)上位機(jī)軟件主要由下面3個(gè)部分組成:軟件參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)接收及顯示模塊、數(shù)據(jù)處理及繪圖模塊,詳細(xì)模塊功能如圖8所示。

      Visual studio為開發(fā)人員提供了大量可以直接使用的控件,操作方便。對(duì)于一個(gè)Winform應(yīng)用程序來說,常見的控件主要有TextBox控件、Button控件、Label控件、Panel控件、CrystalReport控件等。C#中的網(wǎng)絡(luò)通信和傳統(tǒng)語言采用的模型相同,但用戶需要管理的細(xì)節(jié)較少。C#網(wǎng)絡(luò)編程采用System.Net和System.Net.Socket 2個(gè)命名空間來實(shí)現(xiàn)類的調(diào)用。

      上位機(jī)和服務(wù)器之間基于傳輸控制協(xié)議(TCP)通信。TCP協(xié)議通過一個(gè)端口進(jìn)行信息的傳輸和獲取。低于 1 024 的端口是公共端口,由互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字分配機(jī)構(gòu)(IANA)分配,1 024 至65 535是沒有公共定義的端口,用戶可以自己定義這些端口[11-12]。上位機(jī)界面如圖9所示。

      4 系統(tǒng)測(cè)試及分析

      4.1 系統(tǒng)測(cè)試終端

      系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)完成后,為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性,搭建了一個(gè)試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。為了簡化測(cè)試條件,整個(gè)測(cè)試平臺(tái)包括2個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、1個(gè)匯總節(jié)點(diǎn)以及1個(gè)阿里云服務(wù)器。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)搭載溫濕度、土壤酸堿度、光照傳感器,匯總節(jié)點(diǎn)包括LoRa模塊和GPRS模塊。

      4.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集

      測(cè)試中將2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在農(nóng)田的主要工作區(qū),測(cè)試過程主要是驗(yàn)證本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、LoRa通信方式穩(wěn)定性和通信距離,能否準(zhǔn)確可靠地顯示環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過驗(yàn)證,整個(gè)系統(tǒng)能正常工作,且通過服務(wù)器可以準(zhǔn)確檢測(cè)到農(nóng)田環(huán)境中的溫濕度、光照度變化以及土壤的pH值。測(cè)試各種參數(shù)的變化曲線可以通過上位機(jī)觀察,結(jié)果如圖10、圖11、圖12和圖13所示。通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,不同時(shí)刻的溫、濕度數(shù)據(jù)如表1所示。

      由表1可以看出,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量得到的土壤溫度和含水量數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)基本一致,誤差較小,符合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需求。

      通過圖8至圖13可以看出,系統(tǒng)測(cè)試靈敏度比較高,能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)土壤pH值的大小和光照度的變化,整個(gè)設(shè)計(jì)符合系統(tǒng)需求。

      5 結(jié)語

      采用LoRa技術(shù)設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程分布式農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),通過對(duì)系統(tǒng)的實(shí)地調(diào)試,證明了該系統(tǒng)能夠精確測(cè)量農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù),可以被廣泛應(yīng)用于智能化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中,系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、傳輸距離遠(yuǎn)、功耗極低,且該系統(tǒng)具有良好的測(cè)量準(zhǔn)確性,可以被廣泛推廣。

      參考文獻(xiàn):

      [1]王玖林,趙成萍,嚴(yán) 華. 基于LoRa的節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J]. 節(jié)水灌溉,2017(12):104-106,111.

      [2]王 鈞. 基于LoRa的設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2018,39(5):82-86.

      [3]萬雪芬,崔 劍,楊 義,等. 地下LoRa無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸測(cè)試系統(tǒng)研究[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2018,39(3):118-124.

      [4]張永棠,周富肯,吳圣才. 精確農(nóng)業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,45(3):200-205.

      [5]張 輝,李艷東,趙麗娜,等. 基于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的智慧農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù),2016,39(16):71-74.

      [6]陳 誠,李必軍,張永博. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,44(10):242-245.[HJ1.7mm]

      [7]饒 強(qiáng),于舒娟,張 昀,等. 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)精細(xì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)盲檢測(cè)[J]. 電視技術(shù),2015,39(21):87-90,103.

      [8]陳 瑜,張鐵民,孫道宗,等. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施農(nóng)業(yè)車輛定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(10):190-197.

      [9]馬少華,張 興,韓 冬,等. 基于ECDSA優(yōu)化算法的智能農(nóng)業(yè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(4):389-392.

      [10]李士軍,溫 竹,宮 鶴,等. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014,26(6):1715-1720.

      [11]王玲玲,嚴(yán)錫君,嚴(yán) 妍. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在溫室農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究[J]. 節(jié)水灌溉,2013(6):54-57.

      [12]施云波,王萌萌,南慧杰,等. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)微環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào),2013,30(2):254-258.

      猜你喜歡
      物聯(lián)網(wǎng)
      基于物聯(lián)網(wǎng)的無線測(cè)溫模塊設(shè)計(jì)
      基于物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng) 
      物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在G15W112邊坡的應(yīng)用
      基于物聯(lián)網(wǎng)的健康管理服務(wù)模式
      基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦智能倉儲(chǔ)與物流運(yùn)輸管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用
      基于高職院校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用人才培養(yǎng)的思考分析
      如何在高校架設(shè)學(xué)生洗衣服務(wù)系統(tǒng)
      科技視界(2016年22期)2016-10-18 17:23:30
      基于無線組網(wǎng)的智慧公交站點(diǎn)信息系統(tǒng)研究與實(shí)踐
      基于LABVIEW的溫室管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)
      論智能油田的發(fā)展趨勢(shì)及必要性
      鹿泉市| 肇东市| 龙陵县| 惠州市| 丹巴县| 文成县| 德格县| 治多县| 湘阴县| 丰镇市| 延安市| 宝清县| 满城县| 凤台县| 龙江县| 施秉县| 隆化县| 托里县| 甘德县| 阳谷县| 通江县| 涿州市| 余干县| 巫溪县| 邻水| 洛浦县| 怀化市| 崇州市| 潮安县| 宜州市| 沙雅县| 山阳县| 泰来县| 南康市| 九龙县| 镶黄旗| 芮城县| 岫岩| 新疆| 仙桃市| 丹阳市|