基于无线传感器网络的葡萄生长环境测控系统设计与应用

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1、基于无线传感器网络的葡萄生长环境测控系统设计与应用　　摘要：本研究基于无线传感器网络（WSNs）技术开发了葡萄园生长环境测控系统，实现了对大气和土壤温湿度等信息的采集、传输和分析。该系统运用数据挖掘技术处理和分析传感器采集的数据，并通过不断修正得到适合葡萄园的灌溉阈值及群体光合效率最优条件，运用模糊控制原理控制电磁阀进行滴灌，以达到节能和增产保质的要求。　　关键词：无线传感器网络（WSNs）；葡萄；生长环境；测控系统　　中图分类号：S126文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）11-0146-03　　AbstractThevineyardgrowthenv

2、ironmentmeasureandcontrolsystemwasdevelopedbasedonwirelesssensornetworks（WSNs）torealizethecollection，communicationandanalysisofinformationssuchasatmosphere，soiltemperatureandhumidity.Thissystemuseddataminingtechniquetoprocessandanalyzethedatacollectedbysensors，andobtainedtheirrigationthre

3、sholdofvineyardandtheoptimalconditionsforpopulationphotosyntheticefficiencythroughcontinuouslymodifying.Italsousedfuzzycontrolprincipletocontroltheelectromagneticvalvefordripirrigationtoachievetherequirementsofsavingenergy，improvingyieldand7guaranteeingquality.　　KeywordsWirelesssensornetw

4、orks；Grape；Growthenvironment；Measurementandcontrolsystem　　农业现场数据信息的及时获取是进行现代化精准管理的重要基础，如何快速、有效地获取农业现场各类数据成为目前信息农业研究的重要领域。农业具有对象多样、地域广阔、偏僻分散、远离都市社区、通信条件落后等特点，在很多情况下，农业数据信息的获取更加困难。贺兰山东麓以其独特的地理、气候和土壤优势，成为我国酿酒葡萄最佳种植区，是全国三大葡萄原产地域保护区之一，约有8万公顷土地适宜发展葡萄种植，已成为张裕、王朝、长城等国内知名葡萄酒公司的优质原料生产基地[1]。实时对生长环境数

5、据进行监测和控制，可以实现葡萄的优质高产。　　葡萄园的胚基水分、温湿度、日照度、CO2浓度都是影响葡萄生长和果实质量的重要环境因素[2]。本研究应用物联网技术，通过布控大气和土壤温湿度等传感器，利用2G无线网络传输数据，建立了酿酒葡萄园环境测控系统，根据葡萄的生长环境需要，实时获得环境数据并进行控制，对于提高酿酒葡萄及其葡萄酒质量具有重要意义。　　1葡萄生长环境测控系统架构及工作原理　　1.1系统架构7　　该系统由测控中心主机、无线传感器网络组成。无线传感器网络基于ZigBee协议[3，4]，由网络总节点、路由节点和各传感器节点组成[5]，负责采集葡萄园胚基温湿度等信息，

6、并通过2G无线网络传输到测控中心主机。测控中心主机是整个系统的核心，主要任务是数据的存储、分析与管理，并根据数据分析结果及时调整对葡萄园的监测和管控。系统架构见图1。　　1.2工作原理　　系统运行时，由中心测控主机通过2G无线网络发出数据采集信令[6]，网络总节点接到信令后，通过路由节点向下方传感器节点发送信息查询报文，传感器收到报文后，从睡眠状态切换到工作状态，开始采集数据，采集到的数据又通过路由节点发送到全网总节点，全网总节点收到数据后启动确认响应[7，8]，而传感器节点进入睡眠状态，等待下一次采集数据报文；同时全网总节点把接收到的数据通过2G网络发送到测控中心主机，

7、至此就完成了一轮数据的采集过程。　　2系统硬件设计　　2.1无线传感器网络设计　　2.1.1传感器节点设计基于IEEE802.15.4标准构建了无线传感器网络，故传感器节点硬件设备应支持ZigBee底层协议[4]。传统的传感器节点由微处理器、传感器模块、无线收发器和电源模块组成，但随着芯片技术的发展，集微处理器、传感器模块和无线收发模块于一体的集成片上系统（SOC）芯片已经研制成功并已投入量产。SOC芯片体积小、可靠性高、易于上层设计、成本低、运行速度快且功耗低，故本系统传感器节点采用支持温度和湿度同时测量并可将模拟信号转换为