基于ZigBee的農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)絡(luò)與土壤濕度模型的研究.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)概念的興起和發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)很快地滲透到了人類生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。其中，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)代表了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的前沿，被稱為未來物聯(lián)網(wǎng)最重要的發(fā)展方向之一。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network，WSN)是物聯(lián)網(wǎng)最重要的支撐技術(shù)和實(shí)現(xiàn)手段。因此，農(nóng)業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究與實(shí)踐對于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的推廣以及“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的實(shí)現(xiàn)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。ZigBee技術(shù)是一種標(biāo)

2、準(zhǔn)化的面向無線自動控制的低速率、低功耗和低成本的無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案，得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，是農(nóng)業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)重要的實(shí)現(xiàn)方法之一。但是，現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)依舊存在著網(wǎng)絡(luò)能耗大和傳感器成本高的問題，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
　　首先，針對農(nóng)業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的能耗問題，本文提出了功率調(diào)節(jié)優(yōu)化算法和低功耗路由算法。其中，功率調(diào)節(jié)優(yōu)化算法用于優(yōu)化終端節(jié)點(diǎn)的能耗，低功耗路由算法可以延長ZigBee網(wǎng)絡(luò)中路由器節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間。本文提出的算

3、法在Z-Stack協(xié)議棧上實(shí)現(xiàn)。測試表明，本文提出的改進(jìn)算法可以有效地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能耗，進(jìn)而延長網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　其次，針對農(nóng)業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的傳感器成本問題，本文重點(diǎn)就土壤濕度的傳感技術(shù)進(jìn)行了研究，分別用多元線性回歸和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立了土壤濕度電阻法標(biāo)定模型。測試表明，當(dāng)測試樣土的土壤類型和標(biāo)定樣土一致的條件下，可以使用成本低廉的土壤電阻傳感器對土壤濕度進(jìn)行較準(zhǔn)確的測定。
　　更進(jìn)一步地，鑒于土壤濕度在一天之內(nèi)變化小的特點(diǎn)，

4、結(jié)合土壤熱運(yùn)動的規(guī)律，本文提出基于支持向量機(jī)(Support Vector Machine，SVM)的土壤濕度分類模型，根據(jù)該模型，在農(nóng)業(yè)傳感節(jié)點(diǎn)無土壤濕度傳感器的情況下，能對節(jié)點(diǎn)所處地點(diǎn)的土壤濕度做出分類，從而對土壤墑情作出判斷。
　　最后，在上述研究的基礎(chǔ)之上，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于ZigBee技術(shù)的農(nóng)業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的解決方案，該方案具有低成本、低功耗的特點(diǎn)，可以用于實(shí)際農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，該解決方案是利用現(xiàn)代通信和傳感器技