基于低功耗的发射功率自适应水稻田WSN监测系统
发布时间：2022-10-17 16:02
无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）凭借自身的优势,通过在监测区域内部署大量低成本的无线传感节点自组网协同工作,从而实现远程信息感知和传输。通过配备特定的传感器于节点上,可应用于各种不同领域。无线传感器网络应用到农业环境信息采集中、可推动农业生产的信息化和智能化,目前国内外有大量基于无线传感器网络的研究,尤其以作物信息采集为基础的精准农业方面得到了广泛的应用。但在优化WSN的众多研究中,发射功率自适应是重点,也是难点。本文以无线传感器网络应用于水稻田环境监测为研究背景,针对农田环境信息监测存在能量有限、节点通信距离各异等特点,分析了国内外发射功率自适应和路由算法的研究现状,设计了一种基于接收信号强度和丢包率的发射功率自适应水稻田监测系统,并搭建了一个长期、稳定且可靠的低功耗无线传感网络。硬件方面,节点以STM32F103VET6为核心处理器,E41-T10S2为无线通信模块,还包括电源模块、串口调试模块、接收信号强度读取模块及外设供电管理模块等电路设计。为扩大网络的覆盖范围和提高系统的稳定性,系统采用频率异构的方式对节点分簇,为不同类型的节点配置不同...
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 无线网络中采用混合天线的研究现状
1.2.2 无线传感器网络中采用发射功率自适应算法的研究现状
1.3 论文课题的来源
1.4 论文的主要研究工作
2 理论基础
2.1 无线传感器网络中的天线
2.1.1 天线的基本概念
2.1.2 全向天线和定向天线的比较
2.1.3 全向天线和定向天线在WSN中的优劣
2.2 信道传播模型
2.3 链路质量的预测
2.4 系统关键参数RSSI和PLR的描述
2.5 本章小结
3 基于发射功率自适应的算法设计
3.1 传感器网络功率控制技术解析
3.2 典型的功率控制协议与算法
3.3 基础试验与试验结果
3.3.1 RSSI对丢包率的影响
3.3.2 发射功率和通信距离对丢包率的影响
3.4 节点低功耗算法设计
3.4.1 节点发射功率自适应算法设计
3.4.2 基于感知数据差的低功耗自适应机制
3.5 本章小结
4 监测系统软硬件设计与实现
4.1 系统硬件方案设计概述
4.1.1 系统元器件选型
4.1.2 节点硬件设计与实现
4.2 监测系统软件设计
4.2.1 应用程序框架
4.2.2 通信协议设计
4.2.3 异常预警短信设计
4.3 本章小结
5 系统性能分析
5.1 节点功耗测试
5.2 节点通信距离测试
5.3 系统可靠性评价
5.4 节点放电特性
5.5 节点通讯性能对比
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 研究成果
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录A 攻读硕士学位期间的科研成果
附录B 采集节点原理图
附录C 簇头节点原理图
附录D 网关节点原理图
附录E 部分关键程序代码
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于低功耗的发射功率自适应水稻田WSN监测系统[J]. 王卫星,陈华强,姜晟,铁风莲,孙宝霞,余杰平. 农业机械学报. 2018(03)
[2]基于功率控制的无线体域网能量有效传输算法[J]. 杨静,甘露. 传感技术学报. 2018(02)
[3]基于深度信念网络的WSN链路质量预测[J]. 刘琳岚,许江波,李越,杨志勇. 通信学报. 2017(S2)
[4]无线信号在室内走廊中的传播特性分析[J]. 张恒,王霄,曲行达,杨靖. 计算机工程. 2018(10)
[5]一种无线传感器网络能耗均衡的自适应拓扑博弈算法[J]. 王慧娇,邱赞,董荣胜,蒋华. 控制与决策. 2019(01)
[6]基于PID神经网络的无线体域网功率控制算法研究[J]. 贾燕燕,谢志军. 计算机应用研究. 2018(09)
[7]大田环境对无线传感网络信道传播特性的影响与建模[J]. 杜雅刚. 现代化农业. 2017(04)
[8]WSN中基于混合天线的PEGASIS改进算法[J]. 翁江鹏,王卫星,孙宝霞,铁风莲,陈华强. 计算机应用研究. 2018(04)
[9]基于混合CS的WSN六边形格状优化分簇路由算法研究[J]. 崔灿,孙毅,陆俊,郝建红. 通信学报. 2016(05)
[10]基于多天线技术的LTE混合组网建设研究[J]. 王焕斌,袁泉. 电信工程技术与标准化. 2016(03)
博士论文
[1]无线传感器网络数据可靠传输关键技术研究[D]. 王海勇.南京邮电大学 2016
[2]磁耦合谐振式无线电能传输系统效率分析与优化[D]. 李中启.湖南大学 2016
硕士论文
[1]基于混合天线模式的无线自组织网MAC协议的设计与实现[D]. 程明策.苏州大学 2013
[2]基于能量均衡的无线传感器网络路由算法研究[D]. 史菲.西安工业大学 2010
[3]基于定向天线的WSN的分簇路由协议[D]. 刘垠.电子科技大学 2009
本文编号：3692371
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 无线网络中采用混合天线的研究现状
1.2.2 无线传感器网络中采用发射功率自适应算法的研究现状
1.3 论文课题的来源
1.4 论文的主要研究工作
2 理论基础
2.1 无线传感器网络中的天线
2.1.1 天线的基本概念
2.1.2 全向天线和定向天线的比较
2.1.3 全向天线和定向天线在WSN中的优劣
2.2 信道传播模型
2.3 链路质量的预测
2.4 系统关键参数RSSI和PLR的描述
2.5 本章小结
3 基于发射功率自适应的算法设计
3.1 传感器网络功率控制技术解析
3.2 典型的功率控制协议与算法
3.3 基础试验与试验结果
3.3.1 RSSI对丢包率的影响
3.3.2 发射功率和通信距离对丢包率的影响
3.4 节点低功耗算法设计
3.4.1 节点发射功率自适应算法设计
3.4.2 基于感知数据差的低功耗自适应机制
3.5 本章小结
4 监测系统软硬件设计与实现
4.1 系统硬件方案设计概述
4.1.1 系统元器件选型
4.1.2 节点硬件设计与实现
4.2 监测系统软件设计
4.2.1 应用程序框架
4.2.2 通信协议设计
4.2.3 异常预警短信设计
4.3 本章小结
5 系统性能分析
5.1 节点功耗测试
5.2 节点通信距离测试
5.3 系统可靠性评价
5.4 节点放电特性
5.5 节点通讯性能对比
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 研究成果
6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录A 攻读硕士学位期间的科研成果
附录B 采集节点原理图
附录C 簇头节点原理图
附录D 网关节点原理图
附录E 部分关键程序代码
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于低功耗的发射功率自适应水稻田WSN监测系统[J]. 王卫星,陈华强,姜晟,铁风莲,孙宝霞,余杰平. 农业机械学报. 2018(03)
[2]基于功率控制的无线体域网能量有效传输算法[J]. 杨静,甘露. 传感技术学报. 2018(02)
[3]基于深度信念网络的WSN链路质量预测[J]. 刘琳岚,许江波,李越,杨志勇. 通信学报. 2017(S2)
[4]无线信号在室内走廊中的传播特性分析[J]. 张恒,王霄,曲行达,杨靖. 计算机工程. 2018(10)
[5]一种无线传感器网络能耗均衡的自适应拓扑博弈算法[J]. 王慧娇,邱赞,董荣胜,蒋华. 控制与决策. 2019(01)
[6]基于PID神经网络的无线体域网功率控制算法研究[J]. 贾燕燕,谢志军. 计算机应用研究. 2018(09)
[7]大田环境对无线传感网络信道传播特性的影响与建模[J]. 杜雅刚. 现代化农业. 2017(04)
[8]WSN中基于混合天线的PEGASIS改进算法[J]. 翁江鹏,王卫星,孙宝霞,铁风莲,陈华强. 计算机应用研究. 2018(04)
[9]基于混合CS的WSN六边形格状优化分簇路由算法研究[J]. 崔灿,孙毅,陆俊,郝建红. 通信学报. 2016(05)
[10]基于多天线技术的LTE混合组网建设研究[J]. 王焕斌,袁泉. 电信工程技术与标准化. 2016(03)
博士论文
[1]无线传感器网络数据可靠传输关键技术研究[D]. 王海勇.南京邮电大学 2016
[2]磁耦合谐振式无线电能传输系统效率分析与优化[D]. 李中启.湖南大学 2016
硕士论文
[1]基于混合天线模式的无线自组织网MAC协议的设计与实现[D]. 程明策.苏州大学 2013
[2]基于能量均衡的无线传感器网络路由算法研究[D]. 史菲.西安工业大学 2010
[3]基于定向天线的WSN的分簇路由协议[D]. 刘垠.电子科技大学 2009
本文编号：3692371
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