亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于B/S架構的LoRa遠程溫室監(jiān)測系統(tǒng)*

        2021-12-30 05:36:42姚引娣花靜云賀軍瑾
        傳感器與微系統(tǒng) 2021年1期
        關鍵詞:重傳時隙網(wǎng)關

        姚引娣, 王 磊, 花靜云, 賀軍瑾

        (1.西安郵電大學 通信與信息工程學院,陜西 西安 710121;2. 西安工業(yè)大學 電子信息工程學院,陜西 西安 710021)

        0 引 言

        目前,國內(nèi)農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)測領域大多采用WiFi[1],ZigBee[2]技術來實現(xiàn)溫室環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測,由于受到通信距離的限制,這類監(jiān)測方法主要是通過增加采集節(jié)點和中繼節(jié)點的數(shù)量來完成大范圍的數(shù)據(jù)采集,而且系統(tǒng)生命周期短, 成本大,在軟件方面,大多采用傳統(tǒng)的C/S(client/server)架構[3]進行環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示,這種架構的系統(tǒng)往往安裝復雜,靈活性差,已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)領域發(fā)展的需要。

        針對傳統(tǒng)溫室監(jiān)測方法中網(wǎng)絡覆蓋范圍小、復雜度高,并且基于C/S架構的溫室監(jiān)測系統(tǒng)安裝復雜、維護成本高等問題,提出了一種基于B/S(browses/server)架構[4]的LoRa遠程溫室監(jiān)測系統(tǒng)[5,6]。

        1 系統(tǒng)總體設計

        系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、網(wǎng)關、云服務器及Web監(jiān)控終端構成。節(jié)點數(shù)據(jù)采集模塊是溫室環(huán)境數(shù)據(jù)獲取的終端,主要負責溫濕度、光照強度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)的采集,節(jié)點與網(wǎng)關之間采用LoRa模塊組網(wǎng)進行無線傳輸,網(wǎng)關負責將采集節(jié)點的數(shù)據(jù)進行匯聚,并通過WiFi模塊接入互聯(lián)網(wǎng)將匯總的節(jié)點數(shù)據(jù)上報至Boa[7]服務器, Boa服務器將網(wǎng)關所上傳的消息進行處理,通過CGI[8]+HTML與Web前端進行數(shù)據(jù)通信將數(shù)據(jù)實時顯示到Web界面上。用戶只需要通過瀏覽器就可以對溫室環(huán)境參數(shù)進行遠程監(jiān)控。

        2 系統(tǒng)硬件設計

        2.1 采集節(jié)點模塊設計

        數(shù)據(jù)采集模塊的硬件主要由主控電路、無線傳輸模塊、傳感器三部分組成,主控芯片采用ST公司的低功耗芯片STM8L151[9],其接口豐富、操作簡單、且具有低功耗模式適合于獨立供電的采集節(jié)點開發(fā);無線部分的射頻芯片使用的是SX1278 LoRa芯片,與傳統(tǒng)ZigBee技術相比,無論是在通信距離方面還是低功耗方面LoRa都占有很大的優(yōu)勢;溫濕度傳感器選擇DHT11數(shù)字信號溫濕度傳感器,其濕度精度為±5 %RH、測量范圍20 %~90 %RH, 溫度精度為±2 ℃、測量范圍0~50 ℃;光照傳感選擇ISL29003,通過I2C與主機進行通信輸出采集信息,光照強度可從1 lux 調節(jié)到100 lux。采用鋰電池供電的方式為整個節(jié)點進行供電。節(jié)點具體硬件框圖如圖1所示。各個節(jié)點和網(wǎng)關組成星型網(wǎng),通過LoRa模塊周期性地將傳感器采集的數(shù)據(jù)和本地時鐘上報到網(wǎng)關。

        圖1 節(jié)點硬件框圖

        2.2 網(wǎng)關模塊設計

        在數(shù)據(jù)處理方面網(wǎng)關將各個節(jié)點的上報數(shù)據(jù)進行打包,通過ESP32WiFi模塊發(fā)送到服務器在網(wǎng)絡維護方面,網(wǎng)關會記錄每個節(jié)點的網(wǎng)絡狀態(tài),如果節(jié)點發(fā)生異常,網(wǎng)關會將異常數(shù)據(jù)進行上報。網(wǎng)關的硬件模塊主要由主控芯片、SX1278 LoRa芯片和WiFi模塊組成,具體硬件框圖如圖2所示。

        圖2 網(wǎng)關硬件框圖

        主控采用STM32F103C8T6 芯片,STM32系列微控制器是具有高性能、易開發(fā)、以及實時數(shù)字信號處理的32位閃存微控制器產(chǎn)品,內(nèi)置ARM Cortex-M3內(nèi)核,擁有多條 I/O口以及豐富的外設接口,適合于高性能要求的網(wǎng)關開發(fā)。WiFi模塊選用ESP32-WROVER[10],它集成了傳統(tǒng)藍牙、低功耗藍牙和WiFi,支持較大范圍內(nèi)的通信連接,也支持通過路由器直連互聯(lián)網(wǎng),可以用于低功耗傳感器網(wǎng)絡。網(wǎng)關和節(jié)點之間采用LoRa模塊進行無線通信,與ESP32采用串口方式進行通信,ESP32將接收到的信息通過MQTT[11]即時通信協(xié)議發(fā)送到服務器完成整個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的上報。

        2.3 Web服務器設計

        采用基于Linux系統(tǒng)[12]的騰訊云服務器,服務器參數(shù)為1核2 GB內(nèi)存1 Mbps帶寬,通過編譯Boa服務器的源碼,在該服務器上部署基于Web的小型Boa服務器,實現(xiàn)Web客戶端對節(jié)點上報數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問。

        系統(tǒng)的遠程監(jiān)測方式是基于Web瀏覽器/Web服務器的模型,即B/S 架構。具體方案為Web瀏覽器采用進程間共享內(nèi)存的方式通過CGI與Boa服務器進行通信,將網(wǎng)關通過WiFi上傳的信息實時顯示到Web界面上,實現(xiàn)溫室環(huán)境的可視化監(jiān)控。

        3 軟件設計

        系統(tǒng)的軟件設計可分為4個部分:組網(wǎng)協(xié)議設計、節(jié)點軟件設計、網(wǎng)關軟件設計和Web監(jiān)控端軟件設計。

        3.1 組網(wǎng)協(xié)議設計

        目前在LoRa無線組網(wǎng)中[13,14],時分多址(time division multiple access,TDMA)是最常用的一種接入方法,傳統(tǒng)的組網(wǎng)協(xié)議大多采用經(jīng)典的MAC層 TDMA輪詢協(xié)議,但是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展,節(jié)點數(shù)目的快速增加,經(jīng)典輪詢協(xié)議的傳輸時延會越來越大,并且由于缺乏重傳機制、數(shù)據(jù)通信的可靠性也沒有辦法保證。因此,本設計對文獻[15]提出的動態(tài)重傳和差異服務機制的TDMA 時隙分配協(xié)議(TDMA slot assignment protocol with dynamic re-transmission and differential service mechanism,DRDS-TDMA)進行修改,重新設計了時幀結構,利用TDMA技術和重傳時隙在保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的前提下,針對農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)控系統(tǒng)的應用減少了冗余時隙,提高了時隙的利用率。

        本設計將一個完整的時幀劃分為兩個部分:固定時隙和三次重傳時隙,固定時隙長度為一次重傳時隙長度的5倍,為二次重傳時隙長度的25倍,為三次重傳時隙長度的125倍,固定時隙用于節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸,重傳時隙用于節(jié)點數(shù)據(jù)通信失敗后重新進行數(shù)據(jù)上報。

        各個節(jié)點按照入網(wǎng)時網(wǎng)關分配的固定時隙與網(wǎng)關進行通信,節(jié)點可以在分配好的時隙內(nèi)進行無沖突的數(shù)據(jù)傳輸,傳輸完成后進入睡眠狀態(tài)以降低功耗,如果傳輸失敗則進入重傳時隙進行重新上報。使用此協(xié)議能夠解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸沖突和能耗大的問題,適合于遠程農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)控的應用。

        那年,我當班主任,她教物理課。一次,我去聽她上“力”這一節(jié)課。首先,她讓學生預習。孩子們覺得這個內(nèi)容太熟悉,而且,他們更習慣聽老師講,不好好預習。娟兒偏不講,孩子就做思考的假象。

        3.2 節(jié)點軟件設計

        在整個監(jiān)控系統(tǒng)中,節(jié)點主要負責溫室內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)的采集和上報,首先節(jié)點初始化各個外設進行開機入網(wǎng),入網(wǎng)成功后接收網(wǎng)關下發(fā)的信息并進行解析,如果是下發(fā)的信息為控制信息,節(jié)點執(zhí)行網(wǎng)關所下發(fā)的指令;如果為上報信息,節(jié)點讀取當前所有傳感器的信息按照網(wǎng)關分配的時隙進行數(shù)據(jù)上報,在每次上報完成后按照網(wǎng)關發(fā)送的時鐘信息同步本地時鐘[16],當數(shù)據(jù)傳輸失敗時,進入重傳時隙重新進行數(shù)據(jù)上報,確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

        3.3 網(wǎng)關軟件設計

        網(wǎng)關主要負責各個節(jié)點上報數(shù)據(jù)的匯總和上報指令信息的下發(fā),首先LoRa網(wǎng)關上電初始化,初始化完成后,開始接收節(jié)點發(fā)來的無線數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)解析,當接收的消息為節(jié)點的入網(wǎng)信息時,網(wǎng)關根據(jù)當前的網(wǎng)絡狀況為節(jié)點分配上報時隙,并記錄節(jié)點信息,以廣播的形式將該節(jié)點的入網(wǎng)信息下發(fā)給各節(jié)點,入網(wǎng)完成后節(jié)點根據(jù)網(wǎng)關分配的時隙周期性的進行數(shù)據(jù)上報。當網(wǎng)關接收到節(jié)點上報的環(huán)境信息后,會進行數(shù)據(jù)分析如果環(huán)境參數(shù)有變化,網(wǎng)關會立刻通過WiFi模塊將數(shù)據(jù)上傳到Web服務器,Web服務器接收到數(shù)據(jù)后,實時地推送給用戶訪問平臺,當用戶從Web端觸發(fā)控制指令后,網(wǎng)關會根據(jù)下發(fā)指令將控制信息發(fā)送給對應的節(jié)點,完成節(jié)點各個外接設備的控制。

        3.4 Web監(jiān)控端設計

        監(jiān)控端采用適合于嵌入式開發(fā)的輕量級服務器Boa來進行Web端的設計,Boa服務器是一個非常小巧的服務器,執(zhí)行代碼大約60 KB左右,是一個運行于Unix或Linux下的適合于嵌入式系統(tǒng)的單任務HTTP服務器,源代碼開關放、性能高,且支持CGI。

        在監(jiān)測系統(tǒng)中Web客戶端和服務器之間采用HTTP協(xié)議進行通信,Web 服務器通過CGI 接口獲取Web客戶端提交的信息,轉交給服務端的CGI 程序進行處理,將處理后的結果返回給Web客戶端實現(xiàn)可視化的遠程監(jiān)控。當服務器端收到采集節(jié)點通過WiFi上傳的環(huán)境信息后,先對上傳的信息進行處理,再通過進程間通信共享內(nèi)存的方式將處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給Boa服務器,Boa服務器將接收到的信息通過CGI接口顯示到Web界面上。

        4 系統(tǒng)測試

        為驗證遠程溫室監(jiān)測系統(tǒng)的實際效果,基于整個系統(tǒng)對本校智慧農(nóng)業(yè)溫室實驗室進行了實際測試,測試環(huán)境為:LoRa數(shù)據(jù)采集節(jié)點均勻部署在溫室大棚內(nèi),采集大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)信息,LoRa網(wǎng)關架設溫室大棚外,分別測試了系統(tǒng)的傳輸性能和遠程監(jiān)測功能。

        4.1 傳輸性能測試

        在傳輸性能方面,通過移動溫室外部署的LoRa網(wǎng)關來改變測試距離,在不同傳輸距離條件下測試LoR采集節(jié)點與LoRa網(wǎng)關間無線傳輸?shù)膩G包率。其中每包數(shù)據(jù)的大小為9個字節(jié),采用CRC16方式進行校驗, 測試距離選為0~1.5 km,射頻模塊的發(fā)射功率為13 dBm,天線增益為3 db,傳輸速率為1.3 kBPS,每個測試點連續(xù)收發(fā)1 000個數(shù)據(jù)包,對每個點的數(shù)包據(jù)進行對比分析后,得系統(tǒng)傳輸距離和丟包率的關系如圖3所示。

        圖3 傳輸距離和丟包率

        從圖3可以看出,在1 km范圍以內(nèi),整個網(wǎng)絡的丟包率在10 %以下,400 m以內(nèi)的丟包率為0 %,相比于傳統(tǒng)的ZigBee和WiFi組網(wǎng)方式,本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)高可靠遠距離的組網(wǎng)通信。

        4.2 遠程監(jiān)測平臺功能測試

        基于B/S架構的遠程監(jiān)測平臺,主要負責對各個節(jié)點采集的環(huán)境信息進行監(jiān)控和控制,實時監(jiān)控溫濕度、光照強度、節(jié)點電量等參數(shù),并對節(jié)點附近的照明燈、風扇、報警器等設備進行控制。

        4.2.1 監(jiān)測功能測試

        在監(jiān)測功能方面,用戶可以通過電腦Web端或者手機Web實時查看溫室內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)信息,并在系統(tǒng)設置中設置各個傳感器的閾值,如果當采集到的指定數(shù)據(jù)超過了設定的閾值,就會觸發(fā)報警機制提醒用戶。功能如圖4所示。

        圖4 Web監(jiān)控終端

        經(jīng)測試,從圖4中可以看出通過Web訪問本文購買的域名,能夠實現(xiàn)對云端服務器的實時訪問,從而實時監(jiān)控溫室內(nèi)的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、環(huán)境光照、節(jié)點電量以及其它控制信息,并按照設置的閾值信息,判斷當前溫室環(huán)境的狀態(tài)。

        4.2.2 控制功能測試

        在控制方面,用戶可以通過Web訪問服務器域名,通過點擊頁面中的風扇開關、報警器報警開關、燈光開關等按鈕,把數(shù)據(jù)發(fā)送至云平臺服務器,服務器通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)轉發(fā)至控制節(jié)點,實現(xiàn)對控制設備的實時控制。經(jīng)測試,用戶通過鼠標點擊選擇燈管開關、報警器開關、風扇等開關,選擇完成進行提交后,可以實現(xiàn)對節(jié)點控制設備進行實時操控,從而遠程調整溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。

        5 結束語

        測試結果表明,與傳統(tǒng)的ZigBee+C/S架構方案相比,引入B/S 架構的LoRa自組網(wǎng)溫室監(jiān)測方式,抗干擾性更好、靈活性更強、網(wǎng)絡復雜度更低、更適合于大范圍農(nóng)業(yè)監(jiān)測的場景,在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域有著良好的應用前景。

        猜你喜歡
        重傳時隙網(wǎng)關
        基于改進RPS技術的IPSEC VPN網(wǎng)關設計
        復用段單節(jié)點失效造成業(yè)務時隙錯連處理
        面向異構網(wǎng)絡的多路徑數(shù)據(jù)重傳研究?
        一種高速通信系統(tǒng)動態(tài)時隙分配設計
        時隙寬度約束下網(wǎng)絡零售配送時隙定價研究
        LTE Small Cell網(wǎng)關及虛擬網(wǎng)關技術研究
        移動通信(2015年18期)2015-08-24 07:45:08
        應對氣候變化需要打通“網(wǎng)關”
        太陽能(2015年7期)2015-04-12 06:49:50
        數(shù)據(jù)鏈路層的選擇重傳協(xié)議的優(yōu)化改進
        基于TDMA的無沖突動態(tài)時隙分配算法
        一種實時高效的伺服控制網(wǎng)關設計
        亚洲女人毛茸茸的视频| 精品久久久无码中文字幕| 久久国产精彩视频| 精品国产亚洲av成人一区| 国产91对白在线观看| 嫖妓丰满肥熟妇在线精品| 久久九九青青国产精品| 色综久久综合桃花网国产精品| 日本av亚洲中文字幕| 久久久亚洲欧洲日产国码αv| 国产精品女同一区二区| 国产一级r片内射免费视频| 亚洲av一二三四五区在线| 粉嫩国产av一区二区三区| 久久无码av一区二区三区| 久久中文字幕乱码免费| 亚洲一级av大片在线观看| 一区二区三区人妻av| 亚洲人成人网站在线观看| 真实国产乱视频国语| 日本中文字幕人妻精品| 欧美老妇牲交videos| 牲欲强的熟妇农村老妇女| 日本口爆吞精在线视频| av一区二区三区综合网站| 国产精品无码一区二区三区电影 | 人人妻人人澡人人爽人人精品| 欧美综合区自拍亚洲综合| 精品成人av人一区二区三区| 亚洲av永久无码天堂网小说区| 日本夜爽爽一区二区三区| 日本韩国黄色三级三级| 97成人精品视频在线| 大桥未久亚洲无av码在线| 亚洲 日韩 在线精品| 亚洲中文字幕乱码在线观看| 爱情岛论坛亚洲永久入口口| 欧美z0zo人禽交欧美人禽交| 免费人成黄页网站在线观看国产| 丰满女人猛烈进入视频免费网站| 水蜜桃亚洲一二三四在线|