WSN在农残检测系统中的应用.pdf

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1、化工自动化及仪表第38卷WSN在农残检测系统中的应用张宇林(淮阴工学院电子与电气工程学院，江苏淮安223003)摘要在农药残毒检测系统的基础上，设计了农残检测信息无线传输硬件电路，主要包括WSN传感器和汇聚两种节点，将WSN传感器采集的数据计算后，通过无线网络上传多个测量系统测量的数据至服务器进行集中分析处理，实现对某一地区所有农副产品的安全监测。关键词农药残留酶抑制法WSN中图分类号TP274；$481．8文献标识码B文章编号1000-3932(2011)04-0460-03目前，农产品使用的化学农药以有机磷、氨基酸脂类为主，这两类农药对人体都有较高的毒性，酶抑制法¨”1是常用的一种检测农药

2、残留的方法，是以有机磷农药的毒理特性建立的一种快速检验方法，具有操作简单、速度快，适合现场检测等特点。根据酶抑制法技术原理设计的检测装置比较多H一7】，但这些研究大都集中于系统硬件装置的设计。如何将采集的农残数据传输到上位机，并进行科学处理正是笔者研究设计的目的，采用无线传感器网络，设计传感节点及汇聚节点进行数据的采集和传输，利用虚拟仪器软件LabVIEW作为开发平台，设计了一套新的农残检测系统。1总体设计农药残毒检测系统主要由光源、比色池、光敏传感器及数据采集器等组成，具体构成分述如下：a．单色光源。采用410nm蓝紫色的高亮度LED作为光源。b．待测液。待测样品与试剂在样品池中进行水解显色

3、反应，反应后的液体颜色深度与样品的农药残留相关。C．传感器。本设计选用TSL2561作为光频转换器件，其特点是感光性能稳定、反应迅速、对强光无记忆效应、对弱光也很灵敏，是比较理想的光频转换器。d．单片机。采用单片机控制，完成信号的采集、处理、反馈及结果输出的软、硬件设计(结果采用液晶显示并可将检测数据通过微型打印机打印出来，同时通过通信系统实现与微型计算机的通信，实现数据共享)。e．无线收发模块。采用nRF905无线收发器，实现上位机与下位机之间的数据通信。农药残毒检测系统的总体架构如图1所㈣i：，嗫％图1系统的总体框图2无线传感系统的设计2．1模型设计传感节点随机分布于市场环境中，对市场中的

4、某种农产品的信息进行检测处理。汇聚节点利用多跳通信方式收集各个农残检测点的数据；汇聚节点一方面将收集的数据进行上传，另一方面要协调调度系统中各个节点工作，同时还要充当该无线局域网的网关，最终将WSN联人以太网。同时，远程用户通过服务器连接到中心节点并对目标节点进行访问。系统根据需求分成互相独立的子网，各子网互不干扰，独立完成目标方案，各个子网通过中心节点进行互访¨“⋯。无线传感器网络系统的结构如图2所示。2．2传感节点的设计传感节点硬件电路设计的主要工作有两部分：传感器节点的设计以及中心节点即汇聚节点的设计。传感部分是系统的重要组成部分，功能较单一，主要负责采集信息，接收用户任务，信息处理并传

5、至中心节点——传感节点通过无线网络以多跳方式将采集到的数据传送至中心节点。传感部分主要由存储、处理、无线传输、传感、电源等模块以及其它外围电路组成。汇聚节点部分功能收稿日期：2010—12-08复杂．需要毪接无线网络ⅫU太刚，尘现嘲关功比，对卡处理能力和外部接¨的要求更高。舡晕能，同时要进行复杂的数学运算．与传感节点相节点的档体结构如图3所示。图3节^《体槊∞图3中传感模块和微处理器通过扩展接11相连．传感器模块可雌根据币旧需受进行打燧．方便各类型数据的采集。处理模块“总线方式连接存储、f々感和￡线收发等各模块，传感节点使用锂离下电池供电，见有使用^便体积小等优点。汇聚节点是整十系统的巾心节点

6、，负责智能酬度“皿网络数据"控制命夸信息的传输眦厦健个系统的控制，计将尤线网培与u太闸互联，实现数据传输q控制调度。它“用户与口点之间友好接n的形式出现在系统中，其结构如图4所示。囤4《￡节．t体系构皋与传感甘点相№，汇聚单元多T一个无线收发模块旧时含有彝量较人的存储模块度功能谥强的处理模块，其余功能与传感单元的结构和功能相侧。为J’连接远稗服井器单元迁设有“^咧控制模块．HH太嗣网管功能的形式存在于整个系统中。fr聚H点即巾心节点犀}匕较少，H地理位置很少移动，咀公埚巾电为其供电。3软件系统设计31软件平冉及功能模块划分软件横收设I{娃系统设计的核心．笔者但绐出I一位机虚拟农残硷测系统的软件

7、醴计，果用LabVIEW图形化编程语占实现。软件系统的功能模块主要包括s部分：数据管珲、数据采颦、数据分析、撤丧打印和系统硒助模块。数据管理模块采用LahVlEW数据库访问包LabSQL，蛆过在LahVIEW中调川f-vI的方式实现对数掘库的沛问+主要完成浒如被控单似被掩人和被榆物*等#奉信息的采^、赉询和删陈等操作．数据采集模块利用I．．abVIEW强大的虚拟仪器软件架构VISA完成■位机与检测