猪舍无线多媒体传感器网络节点设计与实现

摘要

无线多媒体传感器网络技术是一个多学科高度交叉的研究领域，除了要完成无线传感器对简单环境数据的采集功能外，同时要实现多媒体信息的获取与通信等功能，已成为农业物联网中的重要研究与应用技术，可被广泛应用于农业环境监测与控制监控、环境监测、智能家居等领域。
　　对无线多媒体传感器节点设计，主要包括传感器节点设计和汇聚节点设计。根据节点完成的功能不同，选择不同的功能模块，主要功能模块包括：电源模块、无线通信模块、环境感知模块、图像采集模块、太阳能充电模块、串口转WiFi模块。依据节点不同的硬件系统完成相应的软件设计，主要包括主控芯片的休眠唤醒程序设计、无线通信程序设计、图像采集程序设计。
　　在完成硬件和软件设计的基础上，对系统性能进行测试和试验，主要包括：电压下降与丢包率的关系测试、节点采集频率与节点能耗、通信距离与节点高度的关系、发射功率与通测距离的关系等测试。
　　为进一步降低能耗，延长网络生存周期，将改进的 LEACH算法引入到搭建的无线多媒体传感器网络中进行仿真和验证试验。将节点的剩余能量和节点与汇聚节点的距离引入 LEACH算法簇首选举中，通过理论推导获得网络中的最优簇头数目，并将获得的最优簇头数目通过 K值聚类进行分簇。在 Matlab中对网络的节点存活个数、剩余能量等方面进行仿真分析，基于搭建的无线多媒体传感器平台进行验证试验，仿真和验证结果表明本研究提出的 LEACH-ED算法在网络的生命周期和网络负载方面具有较高的优越性。并在此基础上对节点进行实地运行测试，结果表明本研究设计的猪舍无线多媒体传感器节点能够很好的完成多媒体信息的采集和传输，满足实际应用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标及内容

1.4 本章小结

第2章 无线多媒体传感器网路技术概述

2.1 无线多媒体传感器网络技术结构

2.2 无线多媒体传感器网络的特点

2.3 无线多媒体传感器网络面临的问题

2.4 无线多媒体传感器网络的应用领域

2.5 系统总体设计方案

2.6 本章小结

第3章 无线多媒体传感器节点硬件结构设计

3.1 无线多媒体传感器节点硬件设计

3.2 汇聚节点硬件设计

3.3 本章小结

第4章 无线多媒体传感器节点软件设计

4.1 处理器软件设计

4.2 图像传感器软件设计

4.3 无线通信模块软件设计

4.4 环境感知传感器软件设计

4.5 本章小结

第5章 无线多媒体传感器通信性能测试

5.1 电压下降与丢包率的关系测试

5.2 节点采集频率与节点能耗的关系测试

5.3 发射功率、通信高度对节点传输性能的影响

5.4 本章小结

第6章 无线多媒体传感器网络路由协议

6.1 无线多媒体传感器网络路由协议特点和评价标准

6.2 LEACH算法的研究与改进

6.3 算法验证试验

6.4 系统实地运行测验

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 建议

参考文献

缩略语词汇表

致谢

攻读学位期间的研究成果