【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(shè)計了一種適合水稻田溫濕度監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(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(jié)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(yīng)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(luò)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(luò)節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)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(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，傳感器采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋內(nèi)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(luò)協(xié)調(diào)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(gòu)成根據(jù)定向天線WSNs節(jié)點的設(shè)計準則［14］，結(jié)合水稻田地地勢平坦，監(jiān)測面積廣等特點，設(shè)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(zhuǎn)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(yīng)快、抗干擾能力強的特點［15］。圖3(a)為本文設(shè)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(shè)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(jié)

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(luò)節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)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(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，傳感器采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋內(nèi)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(luò)協(xié)調(diào)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(gòu)成根據(jù)定向天線WSNs節(jié)點的設(shè)計準則［14］，結(jié)合水稻田地地勢平坦，監(jiān)測面積廣等特點，設(shè)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(zhuǎn)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(yīng)快、抗干擾能力強的特點［15］。圖3(a)為本文設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)，圖2傳感器節(jié)點構(gòu)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(nóng)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

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本文編號：2518088