基于能量均衡的WSN分簇路由算法在山体滑坡监测系统中的研究与应用
这是一篇关于无线传感器网络,分簇路由,蝴蝶优化算法,混合蛙跳算法的论文, 主要内容为我国地质结构复杂,地质类型的灾害繁多并且分布广泛,而山体滑坡作为我国山区最常见的一种自然灾害,其不仅破坏了山体周围的基础工程设施建设,有时甚至会造成人员伤亡。而现有山体滑坡监测技术通常设备成本高、性能差、实时性低,对山体滑坡的监测还不够完善,不能实现对山体滑坡的有效监测。本文针对于现有监测系统存在的问题,根据无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的特点,设计并实现了基于WSN的山体滑坡监测系统。本文主要研究内容如下:首先,本文详细分析了采用WSN技术在山体滑坡监测系统中的目的及意义,从WSN的体系结构以及关键技术等方面入手,分析WSN技术应用于山体滑坡监测的优越性,并且详细阐述了WSN中的路由技术。其次,为了更合理选择簇首,并且规划簇首到达基站的数据传输路径,避免网络中传感器节点能量消耗不均衡,提出了基于能量均衡的WSN分簇路由算法(Clustering Routing Algorithm Based on Energy Balance,CRAEB)。在簇首选举阶段,针对经典蝴蝶优化算法易早熟收敛的缺陷,引用动态反向学习策略提高初始解的质量,使用非线性惯性权重对全局搜索公式进行改进,并加入萤火虫扰动来提高种群的多样性。在设计适应度函数时,重点考虑了节点剩余能量大小、选择节点剩余能量的均衡性、簇的紧凑性以及节点与基站的距离这四个因素。在簇间路由阶段,使用改进混合蛙跳算法进行路径规划,通过使用线性引导策略代替随机生成新解,对最优解进行逐维变异来改进混合蛙跳算法,并将簇首剩余能量的标准差作为适应度函数。仿真实验表明:本文提出算法在一定程度上使网络中节点能量消耗均衡,延长了网络的生命周期。最后,将本文提出算法应用在监测山体滑坡场景中,设计并且实现了山体滑坡监测系统。根据实际需求,本文选择CC2530芯片并搭载多种不同类型的传感器来进行数据采集。监测系统客户端使用的是B/S架构,主要使用Java语言进行软件程序开发。经测试证明,系统运行稳定,且节点消耗能量均衡,可以很好满足对山体滑坡监测的现实需求。
基于SimpliciTI协议的无线网络温度采集系统的设计与实现
这是一篇关于SimpliciTI协议,无线传感器网络,温度采集,STM32的论文, 主要内容为温度数据的采集在现代工农业生产过程中起着至关重要的作用。传统的有线温度采集系统(CTAS)用有线方式采集数据,存在着布线难、成本高、不易维护等诸多缺点。而无线温度采集系统(WTAS)利用无线传感器网络(WSN)实现对环境温度的采集,从而能够有效地解决了有线温度采集系统中存在的问题。 通过对无线传感器网络中广泛使用的几种短距离无线通信协议的深入分析和比较,本文选用SimpliciTI网络协议作为本无线温度采集系统的网络协议,本文主要完成了对无线网络温度采集系统硬件平台的搭建和软件程序的编写,实现了一个星型无线网络温度采集系统。 论文作者主要完成如下工作： 1.系统方案的选择：首先对无线传感器网络进行了介绍,对常见的几种短距离无线通信协议作了比较,并与温度采集系统的实际应用相结合,选择了SimpliciTI网络协议作为本设计的网络协议,该协议拥有协议小、能耗低、易组网和开发周期短等优点,并对该协议进行了全面而又深入的分析。 2.硬件设计与实现：本文采用STM32F103RBT6作为温度采集节点和控制中心节点的微处理器芯片,选用CC1100模块作为射频收发模块,温度传感器采用单总线数字式温度传感器DS18B20,并对各个部分及相关电路进行了设计,制作了系统控制中心节点和温度采集节点。 3.软件设计与实现：主要在SimpliciTI网络协议栈基础上,根据上述硬件平台,完成点对点通信、温度采集节点和控制中心节点及相关程序设计,实现系统的网络组建、节点加入网络、数据采集与传输以及数据显示等功能。 4.组建了一个星型无线温度采集系统：论文在完成无线温度采集系统的软硬件的设计及系统调试之后,用两个温度采集节点和一个控制中心节点组成了一个星型温度采集系统。两个温度采集节点采用休眠唤醒机制定时对温度进行采集,并通过无线传输,将采集数据发送给控制中心节点,经过相关处理后,控制中心节点再将数据经串口发送给计算机进行实时显示。试验表明,此系统运行良好,能准确而有效的采集环境温度。
基于物联网的智慧农业监控系统研究
这是一篇关于智慧农业,物联网,无线传感器网络,正三角形网格,B/S架构,Web服务器的论文, 主要内容为物联网作为信息产业的第三次浪潮,在传统农业向现代农业的升级改造中将会发挥重要的作用,而基于物联网的智慧农业将会是一个新的农业形态。物联网技术作为农业现代化的技术支撑,在农业生产和科研中的应用将会加快现代农业的发展。农业环境监控作为现代农业的重要组成部分,是掌握农业环境信息和农作物生长状况的有效手段。在农业生产过程中,土壤温度、土壤湿度、环境温度、环境湿度、雨量、风速、CO浓度、水环境pH值等多种自然因素共同影响农作物的生长。传统农业粗放的管理方式,无法对农业环境信息实现精细化、智能化管理。为改善传统农业生产方式,实现对农业的智能化管理,本文研究设计了基于物联网的智慧农业监控系统,该系统可实现对农业环境参数和农作物生长状况的实时监控和智能管理,对于提高农业生产效率与管理水平具有重要作用。论文首先对课题背景、目的和意义以及物联网所涉及的相关概念和技术进行分析介绍。基于物联网架构,设计了系统总体结构框图。以感知节点硬件架构、微控制器平台、无线通信模块、TDR-3土壤温湿度传感器、SH-300-ND CO浓度传感器、E-201-C-9型pH值传感器、海康威视高清视频监控摄像头、JY-QX小型自动气象站等环境感知传感器为核心,构建了传感器硬件节点。其次,设计并实现了无线传感器网络网关。网关的设计是在处理器的基础上,通过扩展ZigBee模块、WiFi模块、以太网模块、存储器模块和电源模块来实现。网关的ZigBee模块负责与无线传感器网络中的传感节点进行数据通信并对网络中的节点进行管理,同时采用WiFi模块来负责数据的无线传输和采用以太网模块来负责数据的有线传输,实现了网关作为连接传感节点与监控中心的相应功能。在无线传感器网络节点部署方法上,采用基于正三角形网格的部署方案,使单个节点的网络覆盖范围达到最大,极大降低应用成本。最后,对系统软件进行设计与实现,包括对感知层的感知节点、传输层的协调器网关和应用层的监控中心软件进行设计。在监控中心软件设计方面,通过在MyEclipse环境下,基于B/S架构采用JAVA和JSP语言,完成了对监控中心总体设计、监控中心Web服务器、监控中心前台界面设计、串口通信、客户端与数据库交互等,系统采用Tomcat服务器进行信息的发布,同时将Tomcat服务器与互联网进行连接,实现用户在任何地方均可访问监控中心,实现信息共享。经过系统测试及运行结果表明,本文研究设计的基于物联网的智慧农业监控系统具备以下基本功能:(1)能够对重要农田环境参数进行采集;(2)能够对农作物生长状况进行实时视频监测;(3)对所采集的农田环境参数和农作物生长状况信息,可存储在Web服务器,为现代农业的发展提供基础信息库;(4)监测节点的短距离无线组网与数据传输;(5)农业管理人员经过注册后,可以登录系统,对农田环境参数和农作物生长状况进行实时了解。由此可以看出,本文工作对于推动我国农业现代化的发展具有十分重要的意义。
基于SimpliciTI协议的无线网络温度采集系统的设计与实现
这是一篇关于SimpliciTI协议,无线传感器网络,温度采集,STM32的论文, 主要内容为温度数据的采集在现代工农业生产过程中起着至关重要的作用。传统的有线温度采集系统(CTAS)用有线方式采集数据,存在着布线难、成本高、不易维护等诸多缺点。而无线温度采集系统(WTAS)利用无线传感器网络(WSN)实现对环境温度的采集,从而能够有效地解决了有线温度采集系统中存在的问题。 通过对无线传感器网络中广泛使用的几种短距离无线通信协议的深入分析和比较,本文选用SimpliciTI网络协议作为本无线温度采集系统的网络协议,本文主要完成了对无线网络温度采集系统硬件平台的搭建和软件程序的编写,实现了一个星型无线网络温度采集系统。 论文作者主要完成如下工作： 1.系统方案的选择：首先对无线传感器网络进行了介绍,对常见的几种短距离无线通信协议作了比较,并与温度采集系统的实际应用相结合,选择了SimpliciTI网络协议作为本设计的网络协议,该协议拥有协议小、能耗低、易组网和开发周期短等优点,并对该协议进行了全面而又深入的分析。 2.硬件设计与实现：本文采用STM32F103RBT6作为温度采集节点和控制中心节点的微处理器芯片,选用CC1100模块作为射频收发模块,温度传感器采用单总线数字式温度传感器DS18B20,并对各个部分及相关电路进行了设计,制作了系统控制中心节点和温度采集节点。 3.软件设计与实现：主要在SimpliciTI网络协议栈基础上,根据上述硬件平台,完成点对点通信、温度采集节点和控制中心节点及相关程序设计,实现系统的网络组建、节点加入网络、数据采集与传输以及数据显示等功能。 4.组建了一个星型无线温度采集系统：论文在完成无线温度采集系统的软硬件的设计及系统调试之后,用两个温度采集节点和一个控制中心节点组成了一个星型温度采集系统。两个温度采集节点采用休眠唤醒机制定时对温度进行采集,并通过无线传输,将采集数据发送给控制中心节点,经过相关处理后,控制中心节点再将数据经串口发送给计算机进行实时显示。试验表明,此系统运行良好,能准确而有效的采集环境温度。
太阳能热水工程移动端监控软件研发
这是一篇关于太阳能热泵复合热水系统,移动互联网,Android,无线传感器网络,能耗计量,节能经济性的论文, 主要内容为太阳能热泵复合集热系统是在太阳能热利用技术和热泵技术的基础上发展而来。它利用绿色可再生的太阳能资源,并结合高效的热泵技术,提高二次能源利用率,比传统以燃煤、燃油、燃气锅炉消耗大量化石能源制备热水的方式,有显著的节能减排效果。随着信息技术飞速发展,太阳能热泵复合集热系统的远程监控功能在提升系统管理效率和提高系统可靠性等方面作用显著。传统以B/S、C/S架构设计的网页端、服务器端远程监控系统存在若干问题,监控系统运行平台移动性差,无法满足用户移动端监控的需求;以太阳能热泵复合集热系统为研究对象,研究系统热力循环和能耗计量方法,明确系统的监控需求。运用移动互联网、Android、无线传感器网络和云服务器等信息技术,开发基于移动互联网的太阳能集热系统远程监控软件,实现移动端对现场工程的远程监控,为太阳能热水系统物联网进程提供技术支持。研究工作主要内容如下:(1)对太阳能热泵复合集热系统的热力循环和能耗计量进行理论分析,用于计算系统节能减排指标,为优化太阳能集热系统运行策略提供理论依据。(2)使用Android技术开发客户端应用软件,实现多工程实时监控、数据可视化、能耗计量、数据处理、开关量控制和故障报警等功能。(3)使用Web Service技术开发服务器端软件,连接数据库系统检索目标数据。通过云服务器上的IIS平台发布服务接口,处理客户端应用软件发出的远程监控请求。(4)分析太阳能热泵复合集热系统数据之间的关联性,设计太阳能热泵复合集热工程数据库系统,存储管理工程的状态信息和能耗计量数据。(5)搭建测试平台,对客户端软件进行功能测试,服务器端软件进行吞吐量测试,联合传统中央监控软件和网页端监控软件测试移动端监控软件的可靠性和运行性能。测试结果表明:移动端监控软件运行稳定可靠,数据传输准确,监控实时性高,移动端监控软件可以为太阳能热泵复合集热系统提供灵活便捷的远程监控功能。
基于物联网的智能农业大棚的研究与实现
这是一篇关于农业物联网,无线传感器网络,数据融合,灌溉模型的论文, 主要内容为近年来,物联网是国际研究领域的热点问题并得到广泛的关注,它代表未来网络的发展趋势,物联网凭借其高效可靠的信息传输在现代农业中也有着广泛的应用。温室气候条件是影响温室大棚经济性的重要因素之一,它包括温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、水分等,这些自然因素对农作物的生长起着至关重要的作用。 农业物联网技术是本系统研究和实现的基础,本文首先阐述了物联网和农业物联网的基本概念,包括体系架构和本文应用到的一些技术。系统以无线传感器采集模块、网关、服务器和客户端等为主要部件构建智能农业大棚的硬件系统,无线传感器节点的设计与实现以ZigBee技术为基础,无线传感器网络采集的数据通过网关转发给GPRS无线网络,采用无线和有线相结合的方式传输到智能监测中心进行监测和决策处理,并实现远程控制。开发了智能监测中心平台,软件开发工具使用C#语言,系统界面设计使用WPF,后台采用MySQL数据库完成信息的存储。提出了CHL算法用于对系统数据的处理,通过该算法的优化,系统传输的感知数据冗余度大大减少,传输的数据更精准,同时在降低传感器节点能量消耗方面效果明显,并通过matlab仿真实验验证。最后研究并构建系统的灌溉模型,模型相较仪器测量误差小,具有良好的应用前景。
基于ZigBee的无线传感器网络数据采集系统的设计与实现
这是一篇关于无线传感器网络,数据采集,ZigBee技术,ZigBee路由协议及改进的论文, 主要内容为由于无线传感器节点需要分布在外界环境中进行数据采集,通常采用电池供电,因此必须降低节点能耗。而ZigBee技术由于其低功耗、低数据速率、低成本及高可靠性等特点成为当前应用最为广泛的无线传感器网络通信技术。因此,研究ZigBee网络通信技术具有非常重要的理论和现实意义。本文主要通过对传统ZigBee路由协议进行研究分析,并加以改进设计,将待测区域内的传感器节点以ZigBee无线通信的方式自组织成一个无线传感器网络,实现了基于ZigBee的无线传感器网络数据采集系统。具体研究内容如下:首先,论文对整个ZigBee无线传感器网络数据采集系统进行需求分析,确定系统的主要功能和总体设计架构,将系统分为三个模块:数据采集模块、无线通信模块、上位机存储和显示模块,并对这三个模块进行设计和实现。然后,研究和分析了ZigBee技术的协议体系结构、网络拓扑结构、ZigBee网络中传感器节点的地址分配机制和ZigBee的路由策略,将ZigBee网络采用Cluster-Tree与AODVjr两种路由算法进行结合改进后,确立了ZigBee树簇网络拓扑结构的组网方案。这在一定程度上减少了ZigBee网络中端到端的时延,均衡了网络中传感器节点的能量,并通过NS-2仿真软件对其有效性进行了验证。在ZigBee主控制芯片的基础上,实现ZigBee处理器模块、传感器模块、无线通信模块和能量供应模块等的设计,并完成ZigBee终端节点、ZigBee路由节点、ZigBee协调器节点的硬件电路设计和制作以及软件编写和调试。最后,在上位机的环境数据实时显示软件中对ZigBee无线传感器网络采集到的温度、湿度和光照强度信息进行存储和处理。
面向装配式隔墙板的结构健康监测设计与研究
这是一篇关于装配式隔墙板,预埋传感器,结构健康监测,无线传感器网络,LEACH协议,PSO算法的论文, 主要内容为随着科技的发展和国家相关政策的推动,我国的装配式建筑领域发展迅猛。相比传统建筑,装配式建筑具备高标准化、生产安装高效化、低成本等特点。但要保证其长期的稳定和安全,必须要对其健康状况进行监测和管理。传统的建筑监测多依赖于人工,此种方式的监测质量和效率都很难得到保障。相较于传统方式,结构健康监测技术通过传感器和监测系统可以实现对建筑状态的实时监测与管理,从而极大提高监测的效率和质量;同时结合装配式建筑高标准化和生产安装高效化的特点,能够探究对于大规模建筑群统一化监测的可能性,从而改变传统建筑监测方式的局限性。本文针对标准化的装配式建筑构件进行结构健康监测的设计及研究。通过对隔墙板的薄弱点进行理论分析,进而对其进行健康信息采集系统设计,探究针对装配式建筑预埋传感器式的结构健康监测方法;同时结合无线传感器网络技术,通过对传统网络协议进行改进来提升网络整体质量,进而探究大规模建筑群结构健康监测系统的网络性能优化策略。具体工作如下:(1)装配式隔墙板结构健康监测系统传感器预埋点位设计。首先结合装配式隔墙板的生产特点和相关标准规范,对其进行材料属性和本构关系分析;然后基于ABAQUS仿真软件对装配式隔墙板进行模型建立、网格划分、约束条件设置等;通过进行有限元分析得到模型应力分布云图,以此来分析模型结构薄弱点;最后基于模拟结果确定隔墙板的薄弱点,对隔墙板进行传感器预埋点位的实际敷设。(2)针对装配式隔墙板进行SHM信息采集系统设计。首先分析与设计隔墙板的结构健康监测方案;然后结合预埋规定和网络节点轻量级、高性能等要求,对系统硬件结构和各单元模块进行选型与研究;接着实际设计与开发SHM信息采集系统,并对各单元设计进行性能测试;最后将系统整体安装在装配式隔墙板上,进行系统性能实测与结构健康分析。(3)针对大规模建筑结构健康监测网络的数据传输能耗问题进行优化与研究。首先分析网络能耗并建立模型;其次对LEACH协议改进,优化其簇首选择过程;然后结合PSO算法并对引入的惯性权重、混沌序列、适应度函数进行优化,提出一种引入簇首更新的自适应混沌粒子群优化分簇算法(ACPSO-LEACH)。通过对比实验表明,此协议对降低网络能耗、提高节点存活率、增大网络吞吐量方面有显著优势。最后将该协议加载于实际结构健康监测网络模型中进行性能测试,实测结果表明协议能够显著提升监测网络生命周期,对实际工程具备一定参考意义。本文通过结合相关国家标准设计基于传感器预埋方式的SHM信息采集系统,同时对大规模建筑群监测网络能耗问题进行了协议改进。通过对建筑物进行了结构健康分析与科学评估,为后续装配式建筑结构健康监测的设计提供了参照。
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