一种低功耗畜禽舍无线监测网络数据融合方法与流程

本发明属于物联网领域，具体涉及一种低功耗畜禽舍无线监测网络数据融合方法。

背景技术：

随着集约化养殖模式的发展，我国畜禽养殖密度越来越大，养殖环境逐渐恶化。为了更好的管理养殖环境，需要对养殖环境进行实时的监测。无线传感器网络是比较适合于对于畜禽舍环境进行监测的一种局域网，无线传感器网络由大量传感器节点组成，传感器节点一般由电池供电，所以在设计网络时，优先考虑的设计原则就是节省能耗，从而延长网络生存周期。对于畜禽舍环境监测的参数一般主要包括温度、湿度、二氧化碳浓度、氨气浓度、硫化氢浓度、pm值、风速、光照度等。在大型养殖场内在不同的舍内布放多个传感器节点进行采集数据，并通过互联网和卫星将数据传输到服务器终端。在实时监测过程中，会产生大量的数据流，传输大量的数据会造成节点能量的快速耗尽，同时通过互联网络传输数据也会产生一定的费用，因此，为了节省能耗和节省数据传输费用，需要研究一种低功耗的畜禽舍养殖环境监测网络和数据融合方法。

实用新型“基于wifi的畜舍环境监测装置”(授权公告号：cn205209554u)公开了一种畜舍环境监测装置，该环境监测设备包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、风速传感器、氨气传感器和二氧化碳传感器，利用wifi技术将采集的数据直接发送给远程上位机。相比如lora数据传输技术，wifi数据传输技术具有功耗大、传输距离短等劣势，不适于大规模养殖场环境监测数据的传输。

技术实现要素：

本发明针对以上不足之处，提供了一种低功耗的畜禽舍无线监测网络数据融合方法，其技术方案如下：

畜禽舍无线监测网络通过低功耗的lora技术进行无线组网，网络由一个管理节点(网关)和若干个可与管理节点连接的传感器节点组成，传感器节点将畜禽舍内采集的数据经过融合处理后，通过lora无线传输方式传输给管理节点，管理节点通过互联网和卫星将数据传输到服务器，在客户端显示各个舍采集的环境数据值；

所述的传感器节点对畜禽舍内采集的数据进行融合的方法为存储当前采集的数据，对启动设备后第一次采集的数据直接通过主节点发送到服务器，对于后面的数据只传输前后两次采集数据的差，当前后两次数据差为零时，则发送一个短消息，告知管理节点该终端节点无数据更新；

附图说明

图1是传感器节点组网工作原理图

图2是传感器节点结构图

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以猪舍环境监测为例，假设对一个具有20个猪舍的规模化猪场进行监测，每个猪舍的尺寸为75m×25m×3m，每个猪舍间的平均间距为20米。可以在一个猪舍内布放一个或者多个传感器节点，这里假设在每个猪舍内布放一个传感器节点，各个节点之间的距离范围大约为30～180米，猪舍内传感器节点组网工作原理如图1所示。对于wifi和zigbee在室内传输距离一般在30米左右，而lora技术的传输距离可以达到3千米。同时lora相比于其他两种无线传输方式功耗要低很多，因此采用lora技术即可以实现远距离的组网，又可以实现低功耗的数据传输，降低整个传感器网络的能耗，延长生存周期。猪舍内各个节点通过lora技术组网后，将采集数据均发送到管理节点，也即网关。

传感器节点所采集的数据包括温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、氨气浓度、硫化氢浓度和pm10值，在每个舍内布放一个传感器节点，每个节点均可以采集上述七种数据，共20个猪舍。对于不同的猪舍上述几种参数的适宜范围和标准如下表所示：

传感器节点结构图如图2所示，以msp430f248芯片为核心处理器，根据上表各个参数的取值范围，一般各个参数在存储时所采用的数值类型和占用的字节数分别为：

温度：unsignedint，2个字节

湿度：unsignedint，2个字节

光照度：int，2个字节

氨气：int，2个字节

二氧化碳：int，2个字节

硫化氢：int，2个字节

pm10：int，2个字节

则一个节点所采集的数据所占字节数为14，20个节点的数据所占字节数为280。假设前后两次向服务中心传输数据的时间不是很长，在该段时间内，各个参数测量值不会发生突变，变化范围很小，变化值用正负的十位数即可表示，则前后两次数据的差只需要一个char型的数据即可表示。char型数据只占用1个字节，一个节点的数据占用7个字节，20个节点的数据占用140个字节。在启动设备后第一次传输时需要传输原始数据作为参照，后面传输的数据根据差值和第一次数据计算即可得到。不考虑第一次数据传输和数据帧的帧头与帧尾，相比于直接传输采集数据的方法，传输前后两次数据差所传输的数据量降低了一半。当前后两次数据差为零时，表示无数据更新，则不需要将零差值的数据传输给管理节点，此时只需要发送一个短消息给管理节点，告知管理节点无数据更新。短消息长度远小于数据消息的长度。通过传输前后两次数据差和短消息的方法不仅降低了节点的能量消耗，还减少了从管理节点到服务器传输数据所产生的费用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上的实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种低功耗畜禽舍无线监测网络数据融合方法，属于物联网领域。对畜禽舍环境监测是现代化养殖业中必不可少的一部分，无线传感器网络是普遍使用于环境监测的一种网络，该网络一般由电池供电，能量消耗是设计时需要考虑的首要因素。目前，大部分监测网络一般采用ZigBee或者WIFI进行组网，并直接将监测的数据上传到服务器，会产生大量的数据传输，从而消耗大量的能量，同时产生一定的费用。本发明通过采用低功耗的LoRa技术进行组网，可以有效降低能量消耗，同时各个传感器节点对采集的原始数据进行数据融合处理，并通过短消息的方法通知管理节点无数据更新的情况，有效的降低了传感器网络在数据传输过程中的能量消耗，延长了网络的生存周期。

技术研发人员：尹艳玲;张宇;沈维政;涂鼎;熊本海;付晓;包军;刘洪贵
受保护的技术使用者：东北农业大学
技术研发日：2018.05.10
技术公布日：2018.11.02