【摘要】：針對水稻田中存在的遠距離通信問題,利用定向天線通信距離遠、方向性好,抗干擾能力強等優(yōu)點,設計了一種適合水稻田溫濕度監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(WSNs)系統(tǒng)。節(jié)點以MSP430F149單片機作為主控芯片,并以該節(jié)點為硬件平臺編寫了定向天線分簇路由協(xié)議和監(jiān)控終端軟件。利用該系統(tǒng)在水稻3個典型生長期:苗期、拔節(jié)期和抽穗期進行實驗,節(jié)點天線所處高度分別為0.5,1,1.5 m,節(jié)點的最大通信距離分別為207.4,235.6,258.2 m。進行了溫濕度測試實驗,結果表明:該系統(tǒng)能夠準確監(jiān)測水稻田中溫濕度的變化,各節(jié)點間測得的溫濕度顯示穩(wěn)定,能夠滿足水稻田環(huán)境信息監(jiān)測的應用要求。
【圖文】：

合水稻田大面積種植的基于定向天線分簇(cluster-basedwithdirectionalantenna，CBDA)路由協(xié)議，，以及WSNs多級分簇路由算法簇頭更替策略，有效實現(xiàn)網(wǎng)絡能量平衡，進行了對水稻田的溫濕度監(jiān)測實驗。1系統(tǒng)組成本系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成，硬件部分由傳感器網(wǎng)絡節(jié)點和網(wǎng)絡協(xié)調器組成，軟件部分由監(jiān)控終端組成。傳感器節(jié)點通過自組織方式構成網(wǎng)絡，傳感器采集網(wǎng)絡覆蓋內水稻田的溫濕度等環(huán)境信息，節(jié)點將收集到的數(shù)據(jù)進行處理，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡協(xié)調器傳送到監(jiān)控終端，從而實現(xiàn)對環(huán)境的實時監(jiān)測［13］。系統(tǒng)組成如圖1所示。圖1系統(tǒng)組成示意圖Fig1Diagramofsystemcomposition1．1傳感器節(jié)點構成根據(jù)定向天線WSNs節(jié)點的設計準則［14］，結合水稻田地地勢平坦，監(jiān)測面積廣等特點，設計出的節(jié)點包括6個模塊(如圖2所示):電源模塊、串口通信模塊、處理器模塊、傳感器模塊以及無線通信模塊。處理器模塊采用超低功耗、具有強大時鐘系統(tǒng)的MSP430F149單片機作為主控芯片，工作電壓為3．3V。串口通信模塊采用USAＲT0，電平轉換芯片采用AMX232。無線通信模塊選擇nＲF905射頻模塊，發(fā)送與接收頻率為433～915MHz，其抗干擾能力較強，具有較遠的傳輸距離。傳感器模塊選擇錦州陽光科技公司的溫濕度復合傳感器DHT22，具有響應快、抗干擾能力強的特點［15］。圖3(a)為本文設計的節(jié)點實物圖，圖3(b)為實驗過程中便于節(jié)點在不同高度進行測試，而設計的將節(jié)點與定向天線裝載于三腳架上面的實驗裝置圖。1．2通信協(xié)議針對水稻田種植密集，多處于平原且種植環(huán)境較少有障礙物影響的特點，環(huán)境信息的采集與傳輸需要通過遠距離通信，可以充分利用定向天線增益較全向天線高、天線能量集中、方向性強、抗干擾等特點［16］，針對上述硬件結

組成本系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成，硬件部分由傳感器網(wǎng)絡節(jié)點和網(wǎng)絡協(xié)調器組成，軟件部分由監(jiān)控終端組成。傳感器節(jié)點通過自組織方式構成網(wǎng)絡，傳感器采集網(wǎng)絡覆蓋內水稻田的溫濕度等環(huán)境信息，節(jié)點將收集到的數(shù)據(jù)進行處理，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡協(xié)調器傳送到監(jiān)控終端，從而實現(xiàn)對環(huán)境的實時監(jiān)測［13］。系統(tǒng)組成如圖1所示。圖1系統(tǒng)組成示意圖Fig1Diagramofsystemcomposition1．1傳感器節(jié)點構成根據(jù)定向天線WSNs節(jié)點的設計準則［14］，結合水稻田地地勢平坦，監(jiān)測面積廣等特點，設計出的節(jié)點包括6個模塊(如圖2所示):電源模塊、串口通信模塊、處理器模塊、傳感器模塊以及無線通信模塊。處理器模塊采用超低功耗、具有強大時鐘系統(tǒng)的MSP430F149單片機作為主控芯片，工作電壓為3．3V。串口通信模塊采用USAＲT0，電平轉換芯片采用AMX232。無線通信模塊選擇nＲF905射頻模塊，發(fā)送與接收頻率為433～915MHz，其抗干擾能力較強，具有較遠的傳輸距離。傳感器模塊選擇錦州陽光科技公司的溫濕度復合傳感器DHT22，具有響應快、抗干擾能力強的特點［15］。圖3(a)為本文設計的節(jié)點實物圖，圖3(b)為實驗過程中便于節(jié)點在不同高度進行測試，而設計的將節(jié)點與定向天線裝載于三腳架上面的實驗裝置圖。1．2通信協(xié)議針對水稻田種植密集，多處于平原且種植環(huán)境較少有障礙物影響的特點，環(huán)境信息的采集與傳輸需要通過遠距離通信，可以充分利用定向天線增益較全向天線高、天線能量集中、方向性強、抗干擾等特點［16］，針對上述硬件結構，圖2傳感器節(jié)點構成框圖Fig2Blockdiagramofsensornodeconstitution(a)%節(jié)點實物圖(a)%node%physical%diagram(b)%實驗裝置圖(b)%experimental%apparatus圖3節(jié)點實物圖與實驗裝置圖Fig3Nodep
【作者單位】： 華南農業(yè)大學工程學院;
【基金】：廣東省科技計劃資助項目(2010B020315021);廣東省科技計劃資助項目(2011B020313019)
【分類號】：TP274;TP212.91

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 馮延蓬;仵博;鄭紅燕;孟憲軍;;無線傳感器網(wǎng)絡目標跟蹤動態(tài)簇成員調度策略[J];傳感器與微系統(tǒng);2012年07期

2 張衡;陳東義;劉冰;韓露;;無線傳感器網(wǎng)絡天線的應用選擇研究[J];電子科技大學學報;2010年S1期

3 曹明華;王惠琴;;基于WSNs的農田環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)[J];中國農機化;2011年05期

4 劉軍;孫茜;李少華;鄭重;;基于定向天線的無線自組網(wǎng)拓撲控制算法[J];東北大學學報(自然科學版);2012年09期

5 錢志鴻;王義君;;面向物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡綜述[J];電子與信息學報;2013年01期

6 劉向舉;劉麗娜;;基于物聯(lián)網(wǎng)的室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J];傳感器與微系統(tǒng);2013年03期

7 馮友宏;麻金繼;楊凌云;謝小娟;;基于物聯(lián)網(wǎng)和LabVIEW高效環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[J];傳感器與微系統(tǒng);2013年02期

8 唐琳;夏越;;基于定向天線的無線傳感網(wǎng)絡環(huán)境自適應定位算法[J];電信科學;2012年07期

9 劉垠;吳援明;;有向擴散的無線傳感器分簇路由協(xié)議[J];信息技術;2009年09期

10 劉卉;汪懋華;王躍宣;馬道坤;李海霞;;基于無線傳感器網(wǎng)絡的農田土壤溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開發(fā)[J];吉林大學學報(工學版);2008年03期

【共引文獻】

相關期刊論文 前10條

1 余華;孫艷紅;車銀超;郭玉峰;;無線傳感器網(wǎng)絡在現(xiàn)代農業(yè)中的應用[J];安徽農業(yè)科學;2010年04期

2 宋長坡;;基于無線傳感器網(wǎng)絡的葡萄園監(jiān)測系統(tǒng)設計[J];安徽農業(yè)科學;2010年13期

3 許崇霞;宋婷婷;馮德軍;楊敬鋒;;基于RBFNN的農業(yè)環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點故障診斷方法[J];安徽農業(yè)科學;2010年26期

4 岳青;張海輝;盧博友;;基于WSN的溫室環(huán)境監(jiān)測節(jié)點設計[J];安徽農業(yè)科學;2010年30期

5 趙養(yǎng)社;;基于無線傳感器網(wǎng)絡和GPRS網(wǎng)的灌溉系統(tǒng)研究[J];安徽農業(yè)科學;2011年07期

6 許崇霞;宋婷婷;馮德軍;盧啟福;楊敬鋒;;基于C4.5算法的無線傳感器網(wǎng)絡農業(yè)環(huán)境部署節(jié)點故障診斷方法[J];安徽農業(yè)科學;2011年15期

7 黃慶南;李克儉;曾文波;章帆;;葡萄園環(huán)境參數(shù)監(jiān)測的WSN網(wǎng)關設計[J];安徽農業(yè)科學;2011年21期

8 劉洋;楊維;;基于物聯(lián)網(wǎng)的農田現(xiàn)場無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)匯聚機制[J];安徽農業(yè)科學;2011年26期

9 康鴻雁;;基于GSM短消息的農業(yè)大棚信息采集系統(tǒng)設計[J];安徽農業(yè)科學;2012年04期

10 張增林;郁曉慶;;基于無線傳感器網(wǎng)絡的農田土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)[J];安徽農業(yè)科學;2012年06期

相關會議論文 前6條

1 楊瑋;李民贊;;基于ZigBee、3G網(wǎng)絡的溫室遠程監(jiān)測系統(tǒng)[A];中國農業(yè)工程學會2011年學術年會論文集[C];2011年

2 李曉金;楊方;王得全;何躍全;詹平;水軍;熊永喜;;基于無線傳感器網(wǎng)絡的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[A];中國農業(yè)工程學會2011年學術年會論文集[C];2011年

3 楊碩;石為人;許磊;熊志廣;賈傳江;;基于無線傳感器網(wǎng)絡的溫室長環(huán)境光照度監(jiān)控系統(tǒng)的研究[A];2008’“先進集成技術”院士論壇暨第二屆儀表、自動化與先進集成技術大會論文集[C];2008年

4 鄧小蕾;李民贊;鄭立華;;基于ZigBee技術的農田無線傳感器網(wǎng)絡[A];紀念中國農業(yè)工程學會成立30周年暨中國農業(yè)工程學會2009年學術年會（CSAE 2009）論文集[C];2009年

5 曹宏鑫;楊余旺;葛道闊;陳春;;基于PDA的農業(yè)信息智能終端系統(tǒng)研究[A];中國農業(yè)信息科技創(chuàng)新與學科發(fā)展大會論文匯編[C];2007年

6 張健;陳劭;韓寧;;基于無線傳感器網(wǎng)絡的森林資源監(jiān)控系統(tǒng)[A];2007年中國智能自動化會議論文集[C];2007年

相關博士學位論文 前10條

1 蔣鼎國;無線傳感器網(wǎng)絡農業(yè)信息監(jiān)控系統(tǒng)設計與數(shù)據(jù)融合研究[D];江南大學;2010年

2 胡永光;基于氣流擾動的茶園晚霜凍害防除機理及控制技術[D];江蘇大學;2011年

3 匡迎春;南方丘陵區(qū)水稻節(jié)水灌溉自動調控系統(tǒng)的研究[D];湖南農業(yè)大學;2011年

4 余義斌;傳感器網(wǎng)絡定位算法及相關技術研究[D];重慶大學;2006年

5 馮友兵;面向精確灌溉的WSN數(shù)據(jù)傳輸關鍵技術研究[D];江蘇大學;2009年

6 高峰;基于無線傳感器網(wǎng)絡的設施農業(yè)環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)研究[D];浙江工業(yè)大學;2009年

7 張潛;溫室環(huán)境測控系統(tǒng)的適用性研究與實現(xiàn)[D];浙江大學;2009年

8 張啟忠;應用于土壤環(huán)境監(jiān)測的傳感器若干理論與技術研究[D];浙江大學;2009年

9 朱軍;種豬數(shù)字化養(yǎng)殖平臺的系統(tǒng)集成與應用研究[D];內蒙古農業(yè)大學;2010年

10 賀遠華;無線傳感器網(wǎng)絡非視距定位技術研究[D];武漢理工大學;2010年

相關碩士學位論文 前10條

1 平青;基于物聯(lián)網(wǎng)技術的城市照明控制系統(tǒng)[D];蘇州大學;2010年

2 郭斌;基于Zigbee技術的果蔬冷鏈車載環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D];新疆農業(yè)大學;2010年

3 呂立新;基于移動Sink節(jié)點傳感器網(wǎng)絡的農業(yè)環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D];安徽大學;2010年

4 陳娜娜;低成本無線溫室微灌監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D];浙江大學;2011年

5 陳立華;面向農田監(jiān)測應用的WSN節(jié)點軟件系統(tǒng)設計及LQI測距研究[D];電子科技大學;2011年

6 周慧軍;基于遺傳算法的ZigBee節(jié)點定位技術研究[D];湖北工業(yè)大學;2011年

7 崔洋;無線傳感器網(wǎng)絡語音傳輸系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];吉林大學;2011年

8 張瑞;設施農業(yè)傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D];南京理工大學;2011年

9 李芳松;自動化膜下滴灌棉田土壤水分空間變異規(guī)律及墑情監(jiān)測點的合理布設研究[D];新疆農業(yè)大學;2011年

10 李鑫華;基于無線傳感器網(wǎng)絡的環(huán)境監(jiān)測技術研究[D];沈陽理工大學;2011年

【二級參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉永順;;無線傳感器網(wǎng)絡及其應用[J];安陽師范學院學報;2009年02期

2 陳建明;王青海;;基于無線傳感器網(wǎng)絡的監(jiān)控系統(tǒng)自組網(wǎng)設計[J];兵工自動化;2009年06期

3 王遠;陳遠知;楊仕勇;;一種新型的高能效無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議[J];中國傳媒大學學報(自然科學版);2008年02期

4 孫其博;劉杰;黎

本文編號：2518088