基于UWB与物联网的移动式温室环境监测系统设计与实现

作     者：侯加林 蒲文洋 李天华 丁小明 张观山 Hou Jialin;Pu Wenyang;Li Tianhua;Ding Xiaoming;Zhang Guanshan

作者机构：山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省农业装备智能化工程实验室泰安271018 农业农村部规划设计研究院设施农业研究所北京100125 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2020年第36卷第23期

页      面：229-240页

核心收录：

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

基　　金：十三五国家重点研发计划项目智能农机装备专项“温室智能化精细生产技术与装备研发”(2017YFD0701500) 山东省重大科技创新工程项目(2019JZZY020620) 

主　　题：温室 环境调控 物联网 UWB 移动工作台 定位 

摘      要：为低成本实现对温室不同区域环境的全面感知,该研究设计了移动式温室环境监测系统,其采用超宽带(Ultra Wide Band,UWB)网状拓扑结构进行分布式组网,节点设备以一主多从的形式对移动工作台实时定位。利用优化后的双向双边测距算法计算各基站与标签之间的距离,通过距离的归一化残差分布判断是否存在非视距(Non Line of Sight,NLOS)误差,利用改进后的增量卡尔曼滤波算法消除NLOS误差,通过Chan算法解算标签准确位置。移动工作台以Arduino控制器为核心,搭载温度、湿度、二氧化碳和光照度传感器,实现对温室环境的实时监测和对移动工作台的远程控制。测试结果表明,系统静态定位最大横向偏差为7.92 cm,最大纵向偏差为7.98 cm,横向和纵向偏差的平均值均5 cm;移动工作台以0.4 m/s的平均速度行驶,动态定位最大横向偏差为8.7 cm,平均横向偏差为4.7 cm;采集参数上传平均丢包率为2.78%;温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度监测相对误差分别低于0.63%、0.34%、0.70%和0.67%,满足温室环境信息移动监测要求。该研究对温室环境调控和温室内作业机具精准定位技术的发展具有一定的理论意义和参考价值。