基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

張玉鑫

北方民族大學(xué)

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)田監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

張玉鑫

北方民族大學(xué)

根據(jù)目前農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要，設(shè)計(jì)出一種基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成，對(duì)可能影響農(nóng)田作物生長(zhǎng)的溫度、濕度、土壤PH值等環(huán)境變量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)針對(duì)大范圍農(nóng)田，由于農(nóng)田作物在秋收等時(shí)節(jié)，大型農(nóng)機(jī)作業(yè)，傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)受到大型農(nóng)機(jī)的影響，因此本系統(tǒng)在布設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)規(guī)劃出農(nóng)機(jī)的作業(yè)路線，有效避免了對(duì)整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的破壞。

1 引言

由于農(nóng)田所處地理位置較為偏僻，面積大，環(huán)境復(fù)雜，采用傳統(tǒng)有線線纜進(jìn)行供電和通信的方式成本高、擴(kuò)展性差，同時(shí)對(duì)田間作業(yè)造成不便。為了確保農(nóng)作物有較高效的產(chǎn)量，就要較好地及時(shí)了解各個(gè)對(duì)應(yīng)田塊的土壤肥力、土壤溫濕度等指標(biāo)，以便工作人員及時(shí)采取措施，調(diào)節(jié)土壤環(huán)境，較好地滿足作物的需要。但是，如果采用人工監(jiān)測(cè)大范圍（如萬畝左右）農(nóng)田的環(huán)境，不僅工作量大且效率低下，無法做到及時(shí)更新各個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)。本系統(tǒng)以大范圍農(nóng)田為背景，研究通過使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)土壤肥力、溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)的目的。

2 ZigBee概述

ZigBee是一種短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。采用了IEEE802.15.4強(qiáng)有力的無線物理層所規(guī)定的全部?jī)?yōu)點(diǎn)：省電、簡(jiǎn)單、成本又低的規(guī)格。ZigBee可應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、汽車自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制等。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為滿足大面積農(nóng)田監(jiān)測(cè)的需要，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由無線傳感網(wǎng)和監(jiān)測(cè)平臺(tái)兩部分構(gòu)成。各個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域中的傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織的方式形成網(wǎng)絡(luò)，在每個(gè)區(qū)域中規(guī)定出一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，最終由匯聚節(jié)點(diǎn)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心。

3.1 農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)對(duì)作物的影響

農(nóng)田作物，耕地范圍大，在噴灑農(nóng)藥、收割時(shí)會(huì)用到大型農(nóng)機(jī)，為了方便工作人員且不對(duì)整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)造成損害，本系統(tǒng)規(guī)定出大型農(nóng)機(jī)的操作路線和傳感器布設(shè)方法。

農(nóng)機(jī)有大小之分，小型農(nóng)機(jī)寬度為1.8m，大型農(nóng)機(jī)寬度為3.6m，掌握了這個(gè)可以在布設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)給農(nóng)機(jī)留出充分的操作空間。所以在每個(gè)農(nóng)機(jī)車道旁邊分別留出10-15公分的空間，這條區(qū)域即為傳感器終端節(jié)點(diǎn)布設(shè)的區(qū)域。這樣農(nóng)用機(jī)和傳感器各司其職，互不干涉，保證了傳感器節(jié)點(diǎn)的壽命和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

3.2 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由無線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用樹狀。由于農(nóng)田面積大且較為分散，本系統(tǒng)以一個(gè)村莊為一個(gè)單位，一個(gè)村莊共用一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，由匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)軟件分析

整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)收發(fā)、日志文件、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)等。數(shù)據(jù)采集主要對(duì)接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如數(shù)據(jù)的分析計(jì)算和存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的主要工作是對(duì)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行接收和發(fā)送。日志文件記錄系統(tǒng)日志和數(shù)據(jù)日志。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)將ZigBee和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引用到農(nóng)田監(jiān)測(cè)中，改善了農(nóng)田監(jiān)測(cè)中傳統(tǒng)布線擴(kuò)展性差，農(nóng)機(jī)操作不方便等問題。將ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)田監(jiān)測(cè)中，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)田環(huán)境信息的動(dòng)態(tài)采集、傳輸和存儲(chǔ)，ZigBee節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)方式是自動(dòng)部署，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性。

[1]李戰(zhàn)明,李泉,殷培峰.基于ZigBee的環(huán)境監(jiān)測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù),2010,06:118-122

[2]龐娜,程德福.基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2010,01:55-60

張玉鑫，1989—，性別：女，民族：漢，籍貫：河北保定，職務(wù)：無，學(xué)歷：碩士，單位：北方民族大學(xué)，研究方向：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。