[發明專利]一種基于壓縮感知的大型溫室無線監測系統

在審

• 申請號: 201710278051.4
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107123247A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 俞阿龍;戴金橋;趙磊;孫紅兵
• 申請（專利權）人: 淮陰師范學院
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H04L29/08;H04W16/14;H04W84/18
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技術領域

本發明涉及一種監測系統，具體是一種基于壓縮感知的大型溫室無線監測系統。

背景技術

隨著科學技術的快速發展，為了提高農業的生產效率，溫室無線監測系統在現代農業生產中的應用越來越多，它的應用解決了外界相對惡劣的生態環境對農業發展的制約，提高了農業生產水平。在大型溫室的無線監測系統中分布著大量的傳感節點，而目前的采樣機制都是基于高采樣頻率的奈奎斯特采樣定理，因此對硬件的處理能力要求很高，由于無線傳感器網絡硬件資源的限制容易導致節點的損壞，造成溫室監測系統的生命周期變短，影響了智能溫室在現代農業生產中的運用與推廣。為減少數據的采集量和通信量，提出將壓縮感知理論應用于溫室環境的無線監測系統中，用以取代高采樣頻率的奈奎斯特采樣定理。

溫室無線監測系統是基于計算機技術、傳感器技術、嵌入式技術、電子技術、通信技術等集成的高科技產品^[1]。由于無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSNs)技術的發展，科技人員已經將無線傳感器網絡技術應用到目前的溫室無線監測系統中，隨著大型溫室無線監測系統中節點數目的不斷增多，需要感知系統獲取數據的能力不斷得到增強，需要存儲、處理和傳輸的數據也快速增加。發送和接收這些數據所需要消耗的能量給原本能量就受限的傳感節點帶來了巨大的壓力，所以減少溫室無線監測系統內網絡數據的采集量和通信量是延長其網絡生命周期的有效方法之一。

許多學者對無線傳感器網絡數據壓縮的方法進行了研究，但它們大多是基于傳統的香農采樣定理，它要求信號的采樣頻率不得低于信號最大頻率的兩倍，在該理論指導下的信號處理和壓縮已經成為目前信息處理領域進一步發展的主要瓶頸之一。近年來，壓縮感知理論(Compress sensing，CS)打破了傳統的Nyquist采樣，為數據的采樣和壓縮帶來了一次新的革命。壓縮感知理論是現代信息科學領域中全新的信息處理方法，其作為一種新的采樣理論，它利用信號的稀疏特性，以遠小于信號的Nyquist頻率對信號進行采樣，得到壓縮后的數據，再利用重構算法重構原始信號，從而進一步減少了傳輸和處理成本。

將壓縮感知技術與無線傳感器網絡相互結合，它既可以減少節點處理的數據量，又能降低節點的電源消耗，同時還減少了網絡中傳輸的數據量，在一定程度上，也解決了網絡中出現的擁塞問題等等。壓縮傳感理論已經在圖像處理中得到有效的應用，但在無線傳感器網絡中的應用還在初步研究階段。因此，本發明將壓縮感知技術與無線傳感器網絡相結合的方法應用在大型溫室無線監測系統中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于壓縮感知的大型溫室無線監測系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于壓縮感知的大型溫室無線監測系統，包括數據采樣模塊、數據處理模塊、協調器、無線發射模塊、電源模塊和監測中心，所述數據采集模塊采集到各項參數信息并傳輸到數據處理模塊中，數據處理模塊包括壓縮采樣模塊、單片機模塊和RF視頻收發模塊，壓縮采樣模塊將傳輸的數據進行壓縮處理后傳輸給單片機，單片機通過RF視頻收發模塊將輸出進行遠程傳輸給協調器，協調器還連接信號重構模塊和無線發射模塊，無線發射模塊通過無線網絡連接監測中心，電源模塊分別給數據采樣模塊和數據處理模塊供電。

作為本發明的優選方案：所述電源模塊包括太陽能板T、蓄電池E、三極管V1和芯片IC1，所述太陽能板T的一端連接二極管D1的陽極、電阻R2和三極管V3的集電極，電阻R2的另一端連接電阻R3和三極管V3的基極，三極管V3的發射極連接繼電器K，二極管D1的陰極連接電容C1、電阻R1、三極管V1的集電極、三極管V2的集電極、繼電器K的觸點K-1和芯片IC1的引腳7，電容C1的另一端連接繼電器K的另一端、電阻R3的另一端、電容C2、二極管D2的陽極、蓄電池E的負極、太陽能板T的另一端、芯片IC1的引腳4和輸出電壓U1的負極，三極管V1的基極連接芯片IC1的引腳6，三極管V1的發射極連接三極管V2的基極，三極管V2的發射極連接電容C2的另一端、電容C3的另一端、芯片IC1的引腳2和輸出電壓U1的正極，電阻R1的另一端連接二極管D2的陰極和芯片IC1的引腳3。

作為本發明的優選方案：所述芯片IC1的型號為OP07。

作為本發明的優選方案：所述數據采樣模塊包括溫濕度傳感器、CO₂濃度傳感器和光照強度傳感器。