本文關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2011， ） 173~176 （15 ：

Hunan Agricultural Sciences

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
張軍國(guó)， 賴小龍， 楊睿茜， 呂靜霞
（北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 北京 100083 ）
摘 要： 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種新興

的信息處理和獲取方式， 在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。 為實(shí)
現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求， 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 結(jié)合無(wú)線傳感技術(shù)， 建立了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 重點(diǎn)討論了該系統(tǒng)的體系 結(jié)構(gòu)，分別基于 CC2430 和 S3C2410 對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)以及網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，并且對(duì)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和傳感節(jié)點(diǎn)的軟件流程進(jìn)行了開 發(fā)。該系統(tǒng)的研制為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、 遠(yuǎn)程、 自動(dòng)、 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)環(huán)境信息提供了保障。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)； 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)； 環(huán)境監(jiān)測(cè)； 傳感節(jié)點(diǎn)； 網(wǎng)關(guān) 中圖分類號(hào)： F320 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1006－060X （2011 15－0173－04 ）

Application of Internet of Things Technology in environmental Monitoring System for Precise Agriculture
ZHANG Jun-guo, LAI Xiao-long, YANG Rui-xi, LV Jing-xia
(School of Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, PRC)

Abstract: Precise agriculture is the development trend of modern agriculture. The internet of things technology is a new
information processing and accessing method, and it has a bright applying future in the field of environmental monitoring. To achieve the requirements of precise agriculture to environmental monitoring, an environmental monitoring system for precise agriculture was built based on the internet of things technology and combining with the wireless sensor technology, and emphatically discussed on the architecture of the system that to design the system hardware according to the sensor nodes based on CC2430 and the gateway node based on S3C2410, and to develop the software process for the sensor nodes and the gateway node. The design of the system provided a guarantee to achieve accurate, remote, automatic and real-time monitoring agricultural environmental information.

Key words: the internet of things; precise agriculture; environmental monitoring; sensor node; gateway 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)， 中國(guó)作 為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)， 對(duì)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的需求更為迫切， 怎樣合理經(jīng)濟(jì)地以少投入獲得多回報(bào)，這不僅是 可持續(xù)發(fā)展的要求， 更是社會(huì)進(jìn)步的體現(xiàn)。農(nóng)田的 環(huán)境監(jiān)測(cè)是支撐精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵，實(shí)時(shí)、 方 便、 有效地采集農(nóng)業(yè)環(huán)境參數(shù)是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重 要基礎(chǔ)[1]。
收稿日期： 2011-04-16 基金項(xiàng)目： 中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助 （YX20118 ； ） 教育部博士點(diǎn)新教師項(xiàng)目 （20100014120013 ； ） 北京林業(yè)大學(xué)大 學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目 作者簡(jiǎn)介： 張軍國(guó) （1978- ， 河北衡水市人， ） 男， 副教授， 博士， 主要從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的研究工作。

傳統(tǒng)的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多采用有線組網(wǎng)的 方式或者直接采用人工實(shí)地檢測(cè)獲得環(huán)境數(shù)據(jù)， 這 兩者都具有局限性。有線組網(wǎng)方式缺乏靈活性， 受 地理環(huán)境的限制， 線路資源損耗較大， 難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 距離監(jiān)測(cè)； 人工實(shí)地檢測(cè)更耗費(fèi)人力、 物力， 且獲取 的數(shù)據(jù)量有限， 此外受主觀因素限制， 測(cè)量結(jié)果難 免出現(xiàn)誤差。 新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為農(nóng)田信息獲取提 供了一個(gè)嶄新的思路。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建 了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，研究人員在總控制室 就能對(duì)農(nóng)田進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控， 根據(jù)空氣溫濕度、 光照強(qiáng)度、 土壤濕度和土壤 pH 值等農(nóng)情信息做出 經(jīng)濟(jì)化、 準(zhǔn)確化 正確決策， 滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、 的要求。
[6] [7] 戚艷艷，肖新棉. 基于 labview 的溫室灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)的研 究[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010， ） 153-155. （11 ： 邵維忠， 劉 昕. 可視化編程環(huán)境下人機(jī)界面的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì) [J]. 軟件學(xué)報(bào)， 2002， （8 ： 13 ） 4237-4240.

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nications, Networking and Mobile Computing ,September 24-26, 2009, Beijing,China. [4] [5] 匡秋明， 趙燕東， 白陳祥. 節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[J]. 農(nóng) 業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2007， （6 ： 23 ） 136-139. 鄒 升， 毛罕平， 左志宇. 基于 VB 的灌溉施肥機(jī)上位機(jī)軟件系 統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011， （7 ： 39 ） 1494-1497.

（責(zé)任編輯： 李

睿 ）

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湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)關(guān) 匯聚節(jié)點(diǎn)

第 15 期

1 物聯(lián)網(wǎng)概述
物聯(lián)網(wǎng) （The Internet of Things 是通過(guò)無(wú)線射 ） 頻識(shí)別 （RFID， Radio FrequencyIdentification） 傳感 、 全球定位系統(tǒng) （GPS， Global Position in System ） 器、 等各種設(shè)備，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換和通信， 定位、 監(jiān)控和管理的巨大網(wǎng)絡(luò) [2]。 實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、 它是一種綜合性的動(dòng)態(tài)全球網(wǎng)絡(luò)， 通過(guò)基礎(chǔ)配置和 可互操作的協(xié)議， 使用智能接口和無(wú)縫集成進(jìn)入信 息網(wǎng)絡(luò)[3]。 物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中包括 三 個(gè) 層 次—— —感知層、 網(wǎng)絡(luò)層、 應(yīng)用層。 其中感知層的主要 功能是全面感知， 信息感知可以通過(guò) RFID 射頻標(biāo) 簽技術(shù)或者傳感網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)； 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是 實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)和控制信息的雙向傳遞， 通過(guò)各種電 信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合， 將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地 傳遞出去； 應(yīng)用層主要是利用經(jīng)過(guò)分析處理的感知 數(shù)據(jù)， 為用戶提供豐富的特定服務(wù)[4]。
傳感器 節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

傳感器

GPRS /3G Internet

網(wǎng)絡(luò)層

簇首節(jié)點(diǎn) 普通節(jié)點(diǎn)

本地監(jiān)測(cè)端

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端

應(yīng)用層

圖1

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

在農(nóng)田信息采集區(qū)域的自組織傳感節(jié)點(diǎn) （包含普通 節(jié)點(diǎn)和傳感節(jié)點(diǎn) 組成。普通傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行環(huán)境參 ） 數(shù)的采集后通過(guò) Zigbee 無(wú)線傳輸至簇首節(jié)點(diǎn)， 簇首 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)融合， 打包， 通過(guò) Zigbee 無(wú)線 傳輸將農(nóng)情信息傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)。 網(wǎng)絡(luò)層由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、 GPRS/3G 網(wǎng)和 Internet 組 成， 將環(huán)境參數(shù)傳送至監(jiān)測(cè)端。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)包含匯聚 節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)部分， 匯聚節(jié)點(diǎn)部分接收傳感層發(fā)送的 信息，將其進(jìn)行數(shù)據(jù)融合等處理后傳送至網(wǎng)關(guān)部 分， 由網(wǎng)關(guān)部分通過(guò) GPRS/3G 模塊將信息傳至 In－ ternet， 然后遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端就可以通過(guò) Internet 讀取農(nóng) 田環(huán)境信息了。此外， 網(wǎng)關(guān)部分也可以通過(guò)各種通 信方式直接和本地監(jiān)測(cè)端通信。 應(yīng)用層由遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端組成， 當(dāng)監(jiān)測(cè)端設(shè)備接入 Internet 時(shí)，生產(chǎn)者和技術(shù)研究人員就可以在任何 任何地點(diǎn)監(jiān)測(cè)所采集的農(nóng)情信息， 對(duì)作物生 時(shí)候、 長(zhǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和分析， 以及根據(jù)環(huán)境變化采 取相應(yīng)措施， 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的要求[9-11]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 2.1 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)內(nèi)涵
隨著近年來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)的發(fā)展， 精準(zhǔn) 農(nóng)業(yè) （precision agriculture 已成為農(nóng)業(yè)科學(xué)工作者 ） 關(guān)注的熱點(diǎn)。 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是指根據(jù)作物生長(zhǎng)的土壤性 狀來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)作物的投入， 以最少的或最節(jié)省的投入 結(jié)合無(wú)線 達(dá)到同等收入或更高的收入并改善環(huán)境。 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕畔⒕W(wǎng) 絡(luò)為中心的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式， 農(nóng)田的耕種可以實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化、 網(wǎng)絡(luò)化、 智能化[5]。從而有效地降低成本并提 高產(chǎn)量， 具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 環(huán)境監(jiān)測(cè)作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)， 能直接 獲得作物生長(zhǎng)的土壤性狀相關(guān)參數(shù)， 為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的 執(zhí)行過(guò)程提供最直觀的依據(jù)， 是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程 而作物生長(zhǎng)的土壤性狀相 中不可或缺的組成部分。 關(guān)參數(shù)通常包括空氣溫濕度、 光照強(qiáng)度、 土壤濕度 [6-8] 和土壤 PH 值等 。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
節(jié)點(diǎn)是組成基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本單位，包括傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。 傳感節(jié)點(diǎn)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感層的基本組成單元， 網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)則是網(wǎng)絡(luò)層的硬件基礎(chǔ)， 它們的硬件設(shè)計(jì)對(duì)整 個(gè)系統(tǒng)的功能、 性能都至關(guān)重要。本文分別對(duì)傳感 節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)。

3.1

傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
傳感節(jié)點(diǎn)通過(guò)傳感器部分采集農(nóng)情信息， 經(jīng)由

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種全新的信息處理和獲取方 式， 目前基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究成為 熱點(diǎn)， 本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 傳感層采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的方式， 由大量部署

處理單元進(jìn)行簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換、 處理， 由無(wú)線收發(fā)模塊傳 給上級(jí)節(jié)點(diǎn)。結(jié)合其功能特點(diǎn)， 傳感節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框 如圖 2 示。 傳感節(jié)點(diǎn)的微處理器單元和無(wú)線傳輸單元采 用 CHIPCON 公司的 CC2430 芯片，它是一款基于 ZigBee 協(xié)議，集成了 80C51 內(nèi)核處理器的芯片和 ZigBee 無(wú)線收發(fā)模塊， 是一種比較成熟的無(wú)線傳感

第 15 期

張軍國(guó)等： 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的研究應(yīng)用

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外部時(shí)鐘電路 串行通信接口 CC2430 Zigbee 無(wú)線 收發(fā) 模塊 天線 匹配 電路

因網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理工作任務(wù)繁重， 對(duì)資源 需求較高， 而且要求成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持， 故采用 三星公司的 ARM9 處理器 S3C2410。 該處理器采用 0.18 μm 制造工藝的 32 位微控制器，擁有獨(dú)立的 16 KB 指令 Cache 和 16 KB 數(shù)據(jù) Cache， MMU， 支 持 TFT 的 LCD 控 制 器 ， NAND 閃 存 控 制 器 ， 路 3 UART， 路 DMA， 路 帶 PWM 的 Timer， 口 ， 4 4 I/O RTC， 路 10 位 ADC， 8 Touch Screen 接口， IIC-BUS 接口， IIS-BUS 接口， 個(gè) USB 主機(jī)， 個(gè) USB 設(shè) 2 1 備， 主機(jī)和 MMC 接口， 路 SPI，最高可運(yùn)行在 SD 2 203 MHz。 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò) CC2430 接收傳感節(jié)點(diǎn)采集到 的農(nóng)情信息， 并發(fā)送控制信息。通過(guò) GPRS 網(wǎng)絡(luò)并 入互聯(lián)網(wǎng)， 實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心的通信。本系統(tǒng)中 GPRS 模塊采用 SIM5218，它支持下行速率達(dá) 7.2 Mbps 和上行速率為 5.76 Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)， 同 時(shí) 還 具 有 豐 富 的 接 口 包 括 UART、 USB2.0、 GPIO、 I2C、 GPIO、 GPS、 攝像頭傳感器和內(nèi)嵌 SIM 卡等。 如 需傳輸圖像， 音頻等信息， 則采用 3G 模塊傳輸， 選 用芯訊通無(wú)線科技 （上海 有限公司研發(fā)的 3G 無(wú)線 ） 傳輸芯片： TD-SCDMA Module 系列中的 SIM4200。 此外， RS485 總線接口用于必要時(shí)與本地監(jiān)測(cè) 端的通信。JTAG 調(diào)試接口和串行調(diào)試接口主要負(fù) 責(zé)程序的燒寫、 調(diào)試， FLASH 用于掉電下的程序數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)， SRAM 主要用于在線的仿真，電源單元負(fù) 責(zé)整個(gè)過(guò)程的能量供應(yīng)。

土壤溫濕度 傳感器 光照強(qiáng)度 傳感器 土壤 pH 值 傳感器

80C51 內(nèi)核處理器

復(fù)位電路

電源

圖2

傳感節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

器節(jié)點(diǎn)解決方案。 本系統(tǒng)中濕度、 溫度測(cè)量采用錦州陽(yáng)光科技有 限公司的 TDR-3A 型土壤溫濕度傳感器， 該傳感器 集溫度和濕度測(cè)量于一體， 具有密封、 防水、 精度高 的特征，， 是測(cè)量土壤溫濕度的理想儀器。光強(qiáng)測(cè)量 采用 TAOS 公司推出的第二代光強(qiáng)數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片 TSL2561，它可直接通過(guò) I2C 總線協(xié)議由微控制器 訪問(wèn)，微控制器則通過(guò)對(duì)其內(nèi)部的 16 個(gè)寄存器的 讀寫來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) TSL2561 的控制。光纖 pH 值傳感器 用于測(cè)量土壤 pH 值，基于 pH 值的變化將導(dǎo)致光 纖傳感探頭中光頻譜特性變化這一原理， 經(jīng)放大電 路和 A/D 轉(zhuǎn)換器能得到數(shù)字輸出， 然而這種方法的 缺點(diǎn)是在土壤干燥時(shí)誤差較大。 此外， 外部時(shí)鐘電路用于控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行 頻率；串行通信接口作為程序調(diào)試和下載接口； 復(fù) 位電路用來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)死機(jī)或程序跑飛等意外情況； 電源模塊負(fù)責(zé)整個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量供應(yīng)。

3.2

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)兼具匯聚節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)的功能， 一方面

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包含： ZigBee 協(xié)議 棧， GPRS/3G 協(xié)議棧的程序編寫以及傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng) 關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)�；� ZigBee 技術(shù) GPRS/3G 技 術(shù)已較為成熟，本系統(tǒng)采用現(xiàn)成的協(xié)議棧程序， 而 主要工作重心放在傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè) 計(jì)上。又由于傳感節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的功能特點(diǎn)， 工 作任務(wù)有所差異， 因此分開討論。

收集無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)來(lái)的農(nóng)情信息， 另一方面將 這些信息經(jīng)過(guò)初步的處理， 通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊 （如 GPRS 模塊、 模塊等 以及 3G 網(wǎng)和 GPRS 網(wǎng)與互 3G ） 聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換， 通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)， 網(wǎng)關(guān)可以發(fā)送 農(nóng)情信息到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心并且接收遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心 發(fā)來(lái)的命令。具體結(jié)構(gòu)框如圖 3 所示。
JTAG 調(diào)試接口 CC2430 無(wú)線 收發(fā) 單元 串行通信 接口 FLASH GPRS 或 3G 無(wú)線 傳輸模塊 RS485 本地 通信接口 SRAM 擴(kuò)展存儲(chǔ)

4.1

傳感節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì)

天線 匹配 電路

ARM 9 個(gè)處理器 S3C2410

電源單元

圖3

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

傳感節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)， 自組織式 聯(lián)網(wǎng)， 是物聯(lián)網(wǎng)傳感層中的基層環(huán)節(jié)， 直接與物聯(lián) 網(wǎng)的目標(biāo)測(cè)量相關(guān)聯(lián)， 將農(nóng)情信息轉(zhuǎn)換為有效的開 采 關(guān)量進(jìn)行傳遞， 主要工作有： 等待網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)喚醒、 集農(nóng)情信息、 發(fā)送數(shù)據(jù)、 進(jìn)入休眠等， 具體工作流程 如圖 4 所示。 傳感節(jié)點(diǎn)通常情況下處于休眠模式， 當(dāng)接收到

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湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)

第 15 期

上級(jí)節(jié)點(diǎn)的命令被喚醒后， 便馬上發(fā)送請(qǐng)求加入網(wǎng) 絡(luò)， 等待網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答成功加入網(wǎng)絡(luò)后， 開始進(jìn) 光強(qiáng)、 值等的采集并 pH 行農(nóng)情信息如土壤溫濕度、 傳輸給命令發(fā)送端節(jié)點(diǎn)，上級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答位， 確 定接收成功后， 傳感節(jié)點(diǎn)又轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)， 這樣循 環(huán)往復(fù)。

測(cè)命令給下級(jí)節(jié)點(diǎn)， 等待接收數(shù)據(jù)， 接收成功后發(fā) 送至遠(yuǎn)程檢測(cè)端和本地監(jiān)測(cè)站。

5

結(jié)束語(yǔ)

4.2

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的主程序設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)建立并管理網(wǎng)絡(luò)， 允許或拒 絕任何一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)， 并將各傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù) 收集發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)， 監(jiān)控端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的 讀取、 記錄。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)一直在工作狀態(tài)， 不會(huì)休眠。 它的工作過(guò)程一般分為： 等待監(jiān)測(cè)命令， 建立網(wǎng)絡(luò)， 加入節(jié)點(diǎn)， 等待數(shù)據(jù)信息， 發(fā)送數(shù)據(jù)。 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的具 體工作流程如圖 5 所示。
休眠模式 系統(tǒng)初始化

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的潮流， 環(huán)境監(jiān) 測(cè)是支撐精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵， 相比于傳統(tǒng)的農(nóng)田 環(huán)境監(jiān)測(cè)方式的局限性， 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān) 測(cè)則滿足了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)快速、 精確、 連續(xù)測(cè)量的要求。 本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 提出了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)， 簡(jiǎn)述了該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)， 研究了系統(tǒng)傳感 層的基本單元—— —基于 CC2430 的傳感節(jié)點(diǎn)， 和系 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)—— —基于 S3C2410 的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)， 對(duì) 它們的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。然 而， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用還存在很多有 待解決的問(wèn)題。 比如： 數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性、 數(shù)據(jù)傳輸安 全性等問(wèn)題還有待進(jìn)一步的優(yōu)化。
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是否有喚醒 命令 Y CC2430 初始化

N

掃描信道建立新網(wǎng)絡(luò)

建立成功？ Y

N

傳感節(jié)點(diǎn)尋找協(xié)議棧 并請(qǐng)求加入網(wǎng)絡(luò) N 加入網(wǎng)絡(luò)成功？ Y 進(jìn)行農(nóng)情信息采集 N

在網(wǎng)絡(luò)中加入傳感節(jié)點(diǎn)

是否有監(jiān)測(cè)命令？ Y 喚醒傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集 等待下集結(jié)點(diǎn)發(fā)送 農(nóng)情信息 發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端 [5] [6] [7] [8] [9]

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發(fā)送至簇首節(jié)點(diǎn) （網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn) ）

圖4

傳感節(jié)點(diǎn)工作流程

圖 5 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)工作流程

在建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)會(huì)不斷地搜索空的信 道， 如果搜索到某一信道， 被另一網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)占用， 則 重新搜索， 直到搜到空信道， 其立即做相應(yīng)標(biāo)識(shí)， 準(zhǔn) 備建立自己的網(wǎng)絡(luò)。 當(dāng)一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)要求加入網(wǎng)絡(luò) 時(shí)， 它會(huì)發(fā)送請(qǐng)求， 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的資源需求 決定是否加入傳感節(jié)點(diǎn)，如果選擇加入此節(jié)點(diǎn)， 則 給它分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址， 構(gòu)成新網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)傳達(dá)監(jiān)

（責(zé)任編輯： 李

睿 ）



  本文關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。