基于780 MHz频段的温室无线传感器网络的设计及试验-论文.pdf

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1、第30卷第1期农业工程学报Vbl-30NO．12014年1月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJan．2014l13基于780MHz频段的温室无线传感器网络的设计及试验陈晓栋，郭平毅，兰艳亭2(1．山西农业大学农学院，太谷030801；2．中北大学信息与通信工程学院，太原030051)摘要：针对以往农用无线传感器网络(wirelesssensornetwork，WSN)能耗与成本较高、传输性能不理想等问题，该文选用无线射频芯片AT86RF212、单片机C8051F920

2、等，设计了一种工作在780MHz中国专用频段且与IEEE802．15．4c标准兼容的无线传感器网络。该文简述了无线传感器网络节点结构，重点介绍了780MHz无线传感器网络的硬件设计，并选择北方典型的日光温室作为试验研究环境，通过改变无线收发距离，对780、433和2400MHz频段的无线传感器网络节点的接收信号强度值(RSSI，receivedsignalstrengthindex)和平均丢包率(PLR，packetlossrate)进行了测试与分析。试验结果表明，3种不同频段的无线收发模块的接收信号强度值RSSI都随着收发距离的增大而减小。在温

3、室内测试，收发距离小于20m时，3种无线模块的RSSI值相近；收发距离为40～90m时，7803MHz模块比433MHz模块的RSSI值略大，2．4GHz的RSSI值最小。在温室内收发距离小于90m的范围内，780MHz模块和433MHz模块的丢包率均为0，2．4GHz模块的最高丢包率不超过5％。在温室问测试，收发距离为50~90m时，780MHz模块和433MHz模块的RSSI值相近；收发距离大于90m时，780MHz模块比433MHz模块的RSSI值大；2．4GHz模块在温室问收发距离为50～140m时的RSSI值均小于433、780MHz。

4、2．4GHz模块在收发距离大于70m时出现丢包现象，收发距离大于135m时丢包率达到100％；温室问收发距离为140m时，433MHz模块的最大丢包率为11％，780MHz的最大丢包率不超过6％。因此，在温室环境监测的应用中，780MHz频段的无线传感器网络的传输性能表现最佳，且与433MHz都明显优于2．4GHz。关键词：无线传感器网络，丢包报失，数据传输，780MHz频段，接收信号强度doi：10．396％．issn．1002—6819．2014．01．015中图分类号：TP274+．5；$625．51文献标志码：A文章编号：1002—681

5、9(2014)一01一Ol13—08陈晓栋，郭平毅，兰艳亭．基于780MHz频段的温室无线传感器网络的设计及试验[J]．农业工程学报，2014，3O(1)：113—120．ChenXiaodong，GuoPingyi，LanYanting．Designandexperimentbasedonwirelesssensornetworkwith780MHzingreenhouse[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，201

6、4，30(1)：113—120．(inChinesewithEnglishabstract1制温室各种环境指标，使作物处于最适宜的生长环0引言境；同时，通过引入智能化装备，高效科学地进行无线传感器网络(wirelesssensornetwork，水、肥、药投入，减轻设施作业人员劳动强度，提WSN)集传感器技术、无线通信技术、微机电系统高劳动生产率，节约生产成本，显著提高设施作物技术、嵌入式技术等技术于一体，是当今世界上备平均产量[。受关注的、多学科高度交叉的热点研究领域，其在中国农用无线传感器网络应用中使用的无线设施农业环境监控中的应用也已经成为

7、研究重点。频段主要有2400、433和780MHz。通过试验发现，WSN是由大量无线传感器网络节点通过网络协议在大田有作物遮挡时，无线传感网络使用2．4GHz自组织建立的通信网络，单个网络节点靠电池供电频段，无线收发模块在70m以内时信息传输性能即可，功耗很低，节点之间采用多跳中继的方式通较好，但在温室内主从节点间距离超过50m时，信u4J。通过WSN技术能够实时监测、感知和采集信号中断现象时有发生，而在温室内节点向温室外网络分布区域内的环境或监测对象的信息，通过控节点传输信号时，信号会变得很弱，甚至接收不到信号。433MHz的传输距离略优于2．

8、4GHz，但存收稿日期：201306—29修订日期：2013一l1．26在功耗大、数据传输速率小、通信不可靠等问题。基金项目：山西省研究