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一类物联网控制系统中的时延问题研究

计算机科学 2014年第S1期41卷 303-305,315页

作者：赵维佺袁华强李迪魏小锐东莞理工学院计算机学院东莞523808 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

物联网控制系统作为一类特殊的网络控制系统,是网络控制系统的延伸与扩展。在分析系统结构、采样周期对网络负荷和控制性能影响的基础上,对物联网控制系统的时延问题进行仿真研究。针对零时延、固定时延和可变时延3种典型情况,定量地分... 详细信息

物联网控制系统作为一类特殊的网络控制系统,是网络控制系统的延伸与扩展。在分析系统结构、采样周期对网络负荷和控制性能影响的基础上,对物联网控制系统的时延问题进行仿真研究。针对零时延、固定时延和可变时延3种典型情况,定量地分析了随机时延对系统性能的影响。针对不同负载条件下随机时延的分布进行了仿真,并得出结论:在网络总时延中,适当减少前向通道时延所占的比重,可以大幅度改善系统性能;随机网络时延比固定网络时延对系统性能的影响更严重。

关键词：物联网控制系统时延网络负载系统性能

基于AllJoyn的物联网控制系统的设计和实现

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基于AllJoyn的物联网控制系统的设计和实现

作者：齐磊北京邮电大学

学位级别：硕士

智能硬件和无线通信技术的快速发展使得以实现万物互联为目标的物联网技术获得了日益广泛的应用,物联网技术在家庭环境中的应用正在逐渐改变着现代人们的生活方式。由于家庭环境中各式消费类电子设备的迅速增加,人们迫切地需要集中管理... 详细信息

智能硬件和无线通信技术的快速发展使得以实现万物互联为目标的物联网技术获得了日益广泛的应用,物联网技术在家庭环境中的应用正在逐渐改变着现代人们的生活方式。由于家庭环境中各式消费类电子设备的迅速增加,人们迫切地需要集中管理和使用这些电子设备,但是,不同的电子设备往往采用不同的通信技术,因此,亟需一种通用通信框架来实现电子设备组网。同时,移动互联网在近年来的迅猛发展使得智能移动终端成为了人们工作、生活和娱乐中不可缺少的设备,可以预见智能移动终端会成为未来物联网控制系统的主流终端设备。本文研究了 AllJoyn通信协议,在电子设备之间搭建分布式异构通信网络原型,屏蔽了不同通信技术之间的差异,并且以Android智能移动终端作为控制设备操作物联网控制系统。本文对基于AllJoyn的物联网控制系统的体系架构和技术创新等方面进行了设计和实现,本文的主要内容包括:1.基于AllJoyn通信协议,在使用不同通信技术的电子设备之间搭建了分布式异构通信网络原型。2.实现了集中式物联网络中心对家庭环境中电子设备的管理功能,包括设备上线检测、设备离线检测、设备查询和设备管理等。3.集中式物联网络中心通过Web Service在智能移动终端向用户提供使用、控制和管理家庭环境中电子设备的服务,同时,集中式物联网络中心运行设备联动规则引擎向用户提供配置设备联动规则的服务。4.在智能移动终端和集中式物联网络中心之间建立简单安全的认证机制。

关键词： AllJoyn Android 物联网控制系统集中式管理

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轻量级物联网智能家居控制系统设计

哈尔滨商业大学学报（自然科学版） 2020年第1期36卷 54-57页

作者：李敏马照晨杨鹏宇吉海岩马衍民哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院

目前市场上的大多数智能家居产品安装部署成本较高,老式楼房由于结构布线等原因安装困难,使得智能家居相关产品无法真正地走入到每一个家庭.为了改善这种现象,降低智能家居产品的部署难度和成本,以智能家居控制系统为研究核心,针对国内... 详细信息

目前市场上的大多数智能家居产品安装部署成本较高,老式楼房由于结构布线等原因安装困难,使得智能家居相关产品无法真正地走入到每一个家庭.为了改善这种现象,降低智能家居产品的部署难度和成本,以智能家居控制系统为研究核心,针对国内外已经存在的众多产品的优缺点进行分析,提出了一种新型的智能家居的控制系统.该系统以STC单片机作为嵌入式家庭服务器,以ESP构成的通信模块作为通信技术实现家庭局域网内部通信.经过大量的实验数据表明,本系统易于扩展且具有灵活可靠的系统组织架构,在保证了系统功能完整性的基础上进一步的降低了系统搭建的成本,使得智能家居相关产品的部署难度降低,为智能家居相关产品更好地应用于普通家庭提供了一个可行易用的桥梁.

关键词：智能家居物联网控制系统局域网通信轻量级系统设计

基于深度强化学习的猪舍环境控制策略优化与能耗分析

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农业机械学报 2023年第11期54卷 376-384,430页

作者：谢秋菊王圣超 MUSABIMANA J 郭玉环刘洪贵包军东北农业大学电气与信息学院哈尔滨150030 东北农业大学动物科学技术学院哈尔滨150030 农业农村部生猪养殖设施重点实验室哈尔滨150030 教育部北方寒区智能化繁育与养殖工程研究中心哈尔滨150030

在规模化的生猪养殖生产中,环境质量对于猪群的健康及生长发育至关重要。为实现猪舍环境精准调控,以STM32单片机为核心,构建了基于物联网的猪舍环境智能控制系统;同时提出了基于双深度Q网络(Double deep Q-Network,Double DQN)的猪舍环... 详细信息

在规模化的生猪养殖生产中,环境质量对于猪群的健康及生长发育至关重要。为实现猪舍环境精准调控,以STM32单片机为核心,构建了基于物联网的猪舍环境智能控制系统;同时提出了基于双深度Q网络(Double deep Q-Network,Double DQN)的猪舍环境优化控制策略。通过在实际猪舍中运行结果表明,舍内平均温度和相对湿度可控制在(20.53±1.72)℃和(74.16±7.84)%。与传统基于温度阈值的控制策略相比,基于Double DQN控制策略的舍内温度、相对湿度、NH3浓度和CO_(2)浓度更接近期望值(期望温度为19℃,相对湿度为75%,NH3浓度(体积比)为10μL/L,CO_(2)浓度(体积比)为800μL/L),舍内温度和相对湿度最大相对误差分别低于温度阈值控制策略3.7%和2.5%。此外,该系统传感器监测数据上传和控制指令下发的平均延迟时间分别为226 ms和140.4 ms,监测与控制延迟较小,稳定性较强。在Double DQN控制策略下,一天内3台风机总运行时长为28.01 h,总耗电量为11.4 kW·h,相较于传统温度阈值法可节省约7.39%。因此,本文构建的融合深度强化学习策略的控制系统有助于改善猪舍环境质量,提高养殖环境的自动化及智能化控制水平。

关键词：猪舍环境物联网控制系统节能优化控制策略深度强化学习

基于深度强化学习的猪舍环境控制优化及能耗分析

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农业机械学报 2023年

作者：谢秋菊王圣超 MUSABIMANA J 郭玉环刘洪贵包军东北农业大学电气与信息学院农业农村部生猪养殖设施重点实验室教育部北方寒区智能化繁育与养殖工程研究中心

在规模化的生猪养殖生产中，环境质量对于猪群的健康及生长发育至关重要。为实现猪舍环境精准调控，以STM32单片机为核心，构建了基于物联网的猪舍环境智能控制系统；同时提出了基于双深度Q网络(Double deep Q-Network， Double DQN)的... 详细信息

在规模化的生猪养殖生产中，环境质量对于猪群的健康及生长发育至关重要。为实现猪舍环境精准调控，以STM32单片机为核心，构建了基于物联网的猪舍环境智能控制系统；同时提出了基于双深度Q网络(Double deep Q-Network， Double DQN)的猪舍环境优化控制策略。通过在实际猪舍中运行结果表明，舍内平均温度和相对湿度可控制在(20.53±1.72)℃和(74.16±7.84)%左右。与传统基于温度阈值的控制策略相比，基于Double DQN控制策略的舍内温度、相对湿度、NH3浓度和CO2浓度更接近期望值(期望温度为19 ℃，相对湿度为75%，NH3浓度为10 μL/L，CO2浓度为800 μL/L)，舍内温度和相对湿度最大相对误差分别低于温度阈值控制策略3.7%和2.5%。此外，该系统传感器监测数据上传和控制指令下发的平均延迟分别为226 ms和140.4 ms，监测与控制延迟较小，稳定性较强。在Double DQN控制策略下一天内三台风机总运行时长为28.01 h，总耗电量为11.4 kW·h，相较于传统温度阈值法可节省约7.39%的电量消耗。因此，本文构建的融合深度强化学习策略的控制系统更有助于改善猪舍环境质量，提高养殖环境的自动化及智能化控制水平。

关键词：猪舍环境物联网控制系统节能优化控制策略深度强化学习

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基于AI/物联网的高校智慧实验室建设

实验室研究与探索 2022年第12期41卷 163-167页

作者：赵文静刘葵广州大学实验中心网络与现代教育技术中心广州510006

高校实验室是学校培养学生实践和创新能力的重要场所,承担着科学实验和实践教学任务。然而,目前实验室管理呈现出安全防范难保障、设备管控太烦琐、教学资源管理难等问题。以人工智能和物联网技术为基础,利用分布式协同和集中式统筹的... 详细信息

高校实验室是学校培养学生实践和创新能力的重要场所,承担着科学实验和实践教学任务。然而,目前实验室管理呈现出安全防范难保障、设备管控太烦琐、教学资源管理难等问题。以人工智能和物联网技术为基础,利用分布式协同和集中式统筹的思想提出高校智慧实验室建设方案。通过建设物联网控制系统和智慧实验室综合管理平台,实现实验环境的安全控制、实验业务的全面管理、实验数据的建设和共享。高校实验室的数字化转型和智能化改造,有利于推动学校的实践教学优化改革,改善师生的实验教学体验,为学校的科学管理和决策提供高效、准确的数据和技术支撑,进而助力学校智慧校园建设和人才培养模式的创新。

关键词：人工智能物联网智慧实验室物联网控制系统

基于物联网的猪舍环境多目标自寻优控制方法研究

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基于物联网的猪舍环境多目标自寻优控制方法研究

作者：王圣超东北农业大学

学位级别：硕士

我国是世界上最大的猪肉生产和消费国家,随着养猪行业标准化进程的加速推进,环境质量成为了制约行业发展的关键因素之一,对于猪群生长、发育和繁殖至关重要。我国北方寒区季节和气候条件独特,面对北方寒区猪舍存在的舍内环境质量差、冬... 详细信息

我国是世界上最大的猪肉生产和消费国家,随着养猪行业标准化进程的加速推进,环境质量成为了制约行业发展的关键因素之一,对于猪群生长、发育和繁殖至关重要。我国北方寒区季节和气候条件独特,面对北方寒区猪舍存在的舍内环境质量差、冬季通风与温度不平衡等问题,开展针对性的猪舍环境调控刻不容缓。本文以北方寒区猪舍为研究对象,分别开展了冬季和夏季环境试验,旨在解析猪舍多环境因子之间的耦合变化规律,构建多目标自寻优环境控制决策,实现猪舍环境的精准化和智能化调控。本文的研究内容包括如下四个方面:(1)研发基于物联网技术的猪舍环境智能控制系统。开发了基于STM32F103VET6的环境控制器、基于RS-232通讯技术的现场端触摸屏和基于Spring Boot和Vue技术的PC端远程监控平台等,从而实现对猪舍环境的精准调控。经测试,系统运行效果良好、稳定性较强,数据采集率达到99.51%,传感器数据上传和控制指令下发的平均延迟分别为226 ms和140.4ms,完全能够满足猪舍环境实时控制的需求。(2)解析猪舍不同季节的多环境因子耦合变化规律。通过皮尔逊相关性分析法对猪舍多环境因子进行显著性及相关性分析,通过实测数据进一步从季节、昼夜、空间等多维度对猪舍环境因子耦合变化情况进行探究;基于多元线性回归分析方法分别建立了以舍内温度和CO浓度作为因变量的猪舍环境多目标参数耦合模型,R分别达到0.915和0.778,其中舍内温度回归模型拟合效果最优,同时受到舍内湿度、舍外温度、舍外湿度、NH浓度、CO浓度和通风的综合影响,其平均误差为0.36℃,均方根误差为0.49℃,平均绝对百分比误差为1.56%,进一步量化了猪舍环境多目标参数耦合机理。(3)构建猪舍环境多目标自寻优控制决策。通过设计状态、动作和奖励函数,构建了基于Deep Q-Network(DQN)的猪舍环境控制模型;为加快学习效率、提高模型的精度和准确性,通过优化目标、建立双重Q网络架构,构建了基于Double Deep Q-Network(Double DQN)的猪舍环境自寻优控制模型。由于双重Q网络可以有效地减少过高估计Q值的情况,Double DQN模型表现出了更加稳定的控制性能,其收敛时的平均回报值优于DQN模型32.1%;在相同的外界条件下,与传统基于温度阈值的控制策略相比,基于Double DQN控制下的各项环境因子更接近设定的期望值,当日最高温度为23.5℃,温度均值标准差为(20.53±1.72)℃。(4)建立猪舍通风和温度的动态变化关系。根据北方猪舍通风特点,分别拟合了冬季和夏季不同通风模式下的舍内温度与通风时间的线性关系,冬季在Fan 0通风模式下,舍内温度与通风时间的决定系数R为0.9874,夏季在Fan 2、Fan 1+Fan 2、Fan 1+Fan 2+Fan 3三种通风模式下,R分别为0.861、0.9864、0.9616;测算冬季通风时,舍内温度每下降1℃,需要加热设备补偿1.42×10k J热量,以此实现通风与保温的平衡,而夏季时,猪舍温度每高于期望温度1℃,需要降温设备除去0.63×10k J热量。本文提出的多目标自寻优控制方法可有效实现北方猪舍环境的精准节能调控,通过构建的通风与温度的动态变化关系可以实现猪舍通风与保温的动态平衡,为北方寒区猪舍环境控制提供技术支撑和可行参考。

关键词：猪舍环境通风与保温物联网控制系统优化控制深度强化学习

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面向物联网的大尺寸光投影3D打印系统

面向物联网的大尺寸光投影3D打印系统

作者：赵明华南理工大学

学位级别：硕士

数字光投影(DLP)3D打印技术依据液态光敏树脂在紫外辐照下快速固化的原理,通过积累二维树脂固化层实现任意成型,凭借精度、效率等多方面优势在诸多3D加工技术中脱颖而出,但受限于成型面积,主要用于精细制造、小尺度成型。本文提出一种... 详细信息

数字光投影(DLP)3D打印技术依据液态光敏树脂在紫外辐照下快速固化的原理,通过积累二维树脂固化层实现任意成型,凭借精度、效率等多方面优势在诸多3D加工技术中脱颖而出,但受限于成型面积,主要用于精细制造、小尺度成型。本文提出一种基于旋转拼接的转盘式大尺寸3D打印方法,在旋转拼接成型方案设计、极坐标系图形分割以及3D打印控制系统方面进行了深入探索和研究,主要内容如下:(1)针对DLP 3D打印技术加工制件尺寸小的问题,提出了一种通过旋转移动数字投影仪从而扩大成型面积的旋转拼接成型方案。相较于其他大尺寸打印方法,本方法在保证成型精度的前提下使整机成本更低,机械结构更加简单,安装维护便捷。(2)针对旋转拼接打印方法的切片图像处理,重点研究面向旋转拼接成型的切片图像分割算法——自适应图像分割算法。根据切片图像中有效区域的位置,自适应调整图像分割位置,相较于另一种恒定次数、固定位置的图像分割算法,该算法进一步减少分割图像次数,避免了有效区域重复曝光,有效提升了打印效率和打印质量。(3)针对便捷的远程打印等物联网应用需求,设计了一种基于树莓派和STM32协同工作的远程打印控制系统,在完成大尺寸3D打印控制的基础上,进一步构建了一个操作便捷、功能丰富、易于扩展的DLP 3D物联网打印平台。(4)自适应图像分割算法及旋转拼接3D打印成型的测试与验证。首先完成多平台自适应图像分割算法编译,根据其分割结果模拟分割后图像旋转拼接效果,验证了该算法的有效性。其次在打印机系统内集成转盘式打印平台,完成了多次单层旋转固化拼接实验,验证该方案可行性,同时对实验结果进行误差分析。

关键词： DLP3D打印技术旋转拼接图像分割物联网控制系统

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桃树种植水肥药一体化滴灌技术研究与应用

桃树种植水肥药一体化滴灌技术研究与应用

作者：雷浩博河南科技学院

学位级别：硕士

水肥药一体化滴灌是国内近年来发展迅速的农业灌溉技术。利用该技术滴灌控制设备可以将水与水溶肥、水溶药按照一定比例混合并输送至作物根部,以达到控水减肥节药的目的。目前,我国水溶肥、水溶药应用还未普及,农业生产人员又缺乏肥、... 详细信息

水肥药一体化滴灌是国内近年来发展迅速的农业灌溉技术。利用该技术滴灌控制设备可以将水与水溶肥、水溶药按照一定比例混合并输送至作物根部,以达到控水减肥节药的目的。目前,我国水溶肥、水溶药应用还未普及,农业生产人员又缺乏肥、药配比相关技术,在滴灌过程中,普遍存在水、肥、药滴灌方案不合理、控制精度低等问题。不合理施肥、施药活动将会对作物的生产环境造成破坏,严重影响农作物的产量和质量。针对目前施水、施肥、施药农业生产活动中存在的问题,本文以卫辉市悦农品种桃种植基地为实施目标,在研究施水、施肥、施药决策基础上,构建了桃树水肥药一体化系统所需的水、肥、药实施模型,并优化了施水、施肥、施药控制策略,根据控制模型设计了桃园水肥药一体化控制系统。本论文主要从三个方面进行论述。(1)分析桃树生长过程中对水、肥、药的需求规律,在现有配比模型基础上,依据我校专家提供的水溶肥、水溶药实施决策研究成果,构建了针对桃树种植所需的施水、施肥、施药决策模型。其中,施药模型采用了水溶药根部吸收去除病虫害的方法,施肥模型采用养分平衡法。(2)在研究现有PID滴灌控制技术的基础上,依据桃树施肥、施药模型,本文提出一种遇限削弱积分的PID滴灌控制方法。在施肥施药滴灌过程中,通过分析水肥药控制效果,反馈并动态调整施肥、施药的控制精度。该方法经过实验分析,达到了水、肥、药一体化精准控制需求。(3)基于物联网远程控制技术设计开发桃园水肥药一体化系统。设计内容分上位机、下位机和手机APP三部分,并完成桃树果园的水肥药控制系统测试。应用证明,在桃树种植生产中,水肥药一体化滴灌系统能够达到节水、节肥和节药目的,大大降低了果树种植的生产成本。

关键词：水肥药一体化滴灌养分平衡法 PID算法物联网控制系统