基于无线传感器网络的精准农业环境监测系统设计.pdf

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1、2009年第8期计算机系统应用基于无线传感器网络的精准农业环境监测系统设计①DesignofPrecisionAgricultureEnvironmentMonitoringSystemBasedonWirelessSensorNetwork吕立新1,2汪伟2卜天然2(1.安徽大学计算机科学与技术学院安徽合肥230039;2.安徽商贸职业技术学院电子信息工程系安徽芜湖241000)摘要：在充分研究现有农业环境监测系统的基础上，将基于ZigBee的无线传感器网络技术应用于精准农业环境监测领域，给出了农业环境监测系统的组网方案，重点设计了基于MSP4300和CC2420芯片的传感器节点硬件结构和软

2、件流程，系统可以对目标监测区内的温度、湿度、光照度等农业环境信息进行快速、可靠的远程采集和传输。解决了传统农业环境监测信息存储的有限性和移动测量的不便性等问题，为精准农业环境监测提供了一种有效的解决方案。关键词：无线传感器网络精准农业ZigBee环境监测1引言处理，无线通信和自动组网的能力，协作完成大型或精准农业(PrecisionAgriculture)的基本涵义是复杂的监测任务。无线传感器网络有监测精度高、低根据作物生长的环境状况，调节对作物的投入，以最功耗、低成本、实时性好、高容量、覆盖区域大等显少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并著优点，非常适合于农业环境监控系统的实现。本文

3、改善环境[1]。准确实时的信息供给是精准农业的必须在对现有农业环境监测系统和无线传感器网络充分研前提。精准农业的实现首先在于认识农田内农作物生究的基础上，应用ZigBee技术设计了一种基于的无长环境和生长情况的差异，而这必须依赖于各种先进线传感器网络的农业环境监测系统，系统可以对目标的传感器，如大气温度、大气湿度、风速、太阳辐射、监测区内的温度、湿度、光照度，CO2浓度等农业环作物生长情况、作物产量等各种类型传感器。如何将境信息进行快速、可靠的远程采集和传输。这些传感器采集的信息及时准确地收集，为农业专家提供决策并制定农田变量作业处方的主要数据源和参2系统总体设计数，一直是一个难题。近年来,出

4、现了许多采用无线2.1系统体系结构公共网络和无线网络等无线通讯方式进行农、林、牧基于无线传感器网络的农业环境监测系统由无线业的远程监测的研究[2]。这些无线通信技术的优势是传器节点、无线网关和监测中心服务器三部分组成。传输速度快、信息量大、可远距离传输，但都存在功ZigBee明确定义了星形、簇状和网状3种拓扑结构[3]。耗高、时延长、通信费用高等因素制约，使其很难广为减小能量损耗和数据包丢失，本文采用簇状网络拓泛地应用到农业环境监测中。扑结构和层次路由协议。具体做法是将监测目标区域无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通中的所有传感器节点分为若干个簇，每个簇相当于是信技术自组织构成的网络，传

5、感器节点具有数据采集一块较为固定的自组织网络。簇的范围由网络覆盖面①收稿时间:2008-11-23SystemConstruction系统建设5计算机系统应用2009年第8期积的实际情况决定。根据传感器节点在网络中扮演的是构成无线传感器网络的基础平台。本文中的传感器角色不同，又将它们分为底层普通节点、簇首以及网节点是由传感器模块、主处理模块、无线通讯模块和络协调器3种类型。其中底层普通节点将采集到的数电源四部分组成。传感器模块负责采集温度、湿度、据跳传至本簇的簇首，簇首主要完成数据融合和转寄光照度等参数和数据的模数转换。主处理器模块负责数据包，可以将其所辖簇的底层普通节点采集的数据控制整个传感

6、器节点的操作，存储和处理从它自身采融合处理并发送给就近的网络协调器，同时还可以将集来的数据以及其他节点发送来的二进制信息，无线网络协调器发送给其的数据包向其所辖的簇广播。簇通讯模块负责与其他的节点进行通讯，交换控制信息首应位于所划分的簇的较为中心的位置，使得每个节和收发数据。电源部分主要给传感器模块、处理模块、点和它的传输距离大致相同，各个节点的功耗分布较无线通讯模块供电。其硬件结构如图2所示。为均匀，从而避免某些节点由于传输距离较远而造成能量的过多消耗。网络协调器主要负责建网以及设备注册和访问控制等基本的网络管理功能。系统的体系结构如图1所示。图2传感器节点硬件结构图3.1.1微处理器模块由

7、于传器节点使用电池供电而且必须长期在野外工作，所以在选择微处理器时低功耗是一个非常重要图1农业环境监测系统体系结构图的技术指标。MSP430F149是TI公司的一款超低功混合信号控制器，能够在低电压下以多种低功耗模式2.2系统工作过程工作，具有强大的处理能力和丰富的片内外设同时支系统工作时首先由监测中心服务器发出对农田环持C语言编程[4]。MSP430最显著的特点就是它的超境各项指标进行查询的请求