【摘 要】
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我国自古以来便是农业大国,水果已成为我国继粮食和蔬菜之后的第三大农业种植产业。随着技术与经济的发展,传统农业逐步向现代化方向发展,果园智能化解决方案不断涌现。现有的果园监控系统存在的成本高、功耗高、数据无线传输距离较短等缺点限制了果园经济的发展与投资效益的发挥。针对果园生产管理现状,本文基于传感器技术、低功耗广域物联网技术、云技术、网络编程技术以及光伏发电技术,研究设计了基于LPWAN物联网的果园
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我国自古以来便是农业大国,水果已成为我国继粮食和蔬菜之后的第三大农业种植产业。随着技术与经济的发展,传统农业逐步向现代化方向发展,果园智能化解决方案不断涌现。现有的果园监控系统存在的成本高、功耗高、数据无线传输距离较短等缺点限制了果园经济的发展与投资效益的发挥。针对果园生产管理现状,本文基于传感器技术、低功耗广域物联网技术、云技术、网络编程技术以及光伏发电技术,研究设计了基于LPWAN物联网的果园监控系统。系统融合了LoRa和NB-IoT两种低功耗广域网,使用LoRa扩展NB-IoT终端的网络覆盖范围,实现系统的低功耗与远距离数据传输。监控终端以STM32单片机为核心,负责读取果园中空气温湿度、土壤温湿度等传感器的采集数据,通过LoRa无线传输技术将数据发送到数据采集网关,同时接收来自网关的控制命令并根据控制命令驱动执行设备。网关通过NB-IoT技术直接与One NET云平台进行数据交互,将数据上传到云端进行存储供应用服务器调用。为了便于实现系统所需功能,本文以One NET云平台为数据转发与推送中心,并利用其提供的API接口进行web应用服务器的开发。应用服务器的开发基于MVC架构,以Tomcat为容器,结合Struts2,Spring,i Batis完成包括视图层、业务逻辑层、数据访问层的应用服务器框架搭建。系统采用关系型数据库My SQL对产生的数据进行存储,同时利用HTML,CSS,Java Script完成前端页面的开发,提供系统的数据展示平台。灌溉控制方面,利用BP神经网络建立果树需水量预测模型,并采用遗传算法优化BP神经网络的连接权值与阈值,从而得到GA-BP果树需水量预测模型。为了提高灌溉控制精度,采取改进的BP神经网络对PID控制器的参数进行优化。本文于广西南宁市荔枝龙眼栽培基地对系统的通信质量、数据采集精度与各功能模块进行测试。测试结果表明系统数据采集精确度高,数据传输稳定,能实现果园环境参数的实时精准监控。本文设计的果园监控系统具有功耗低,响应快,通信距离远等优势,具有一定的应用前景。
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