基于無線傳感器網絡的農田監測系統

張玉鑫

北方民族大學

基于無線傳感器網絡的農田監測系統

張玉鑫

北方民族大學

根據目前農田環境監測的需要，設計出一種基于ZigBee的無線傳感器網絡農田環境監測系統。本系統包括無線傳感器監測網絡和遠程監控中心組成，對可能影響農田作物生長的溫度、濕度、土壤PH值等環境變量進行了監測。本系統針對大范圍農田，由于農田作物在秋收等時節，大型農機作業，傳感器節點會受到大型農機的影響，因此本系統在布設傳感器節點時規劃出農機的作業路線，有效避免了對整個傳感器網絡的破壞。

1 引言

由于農田所處地理位置較為偏僻，面積大，環境復雜，采用傳統有線線纜進行供電和通信的方式成本高、擴展性差，同時對田間作業造成不便。為了確保農作物有較高效的產量，就要較好地及時了解各個對應田塊的土壤肥力、土壤溫濕度等指標，以便工作人員及時采取措施，調節土壤環境，較好地滿足作物的需要。但是，如果采用人工監測大范圍（如萬畝左右）農田的環境，不僅工作量大且效率低下，無法做到及時更新各個數據指標。本系統以大范圍農田為背景，研究通過使用無線傳感器網絡對土壤肥力、溫濕度進行實時監測的方法，實現高效農業的目的。

2 ZigBee概述

ZigBee是一種短距離、低功耗、低數據速率、低成本、低復雜度的無線網絡技術。采用了IEEE802.15.4強有力的無線物理層所規定的全部優點：省電、簡單、成本又低的規格。ZigBee可應用領域包括工業控制、汽車自動化、醫用設備控制等。

3 系統實現

為滿足大面積農田監測的需要，整個監測系統由無線傳感網和監測平臺兩部分構成。各個監測區域中的傳感器節點以自組織的方式形成網絡，在每個區域中規定出一個匯聚節點，最終由匯聚節點通過GPRS網絡將信息傳輸到遠程監控中心。

3.1 農機作業時對作物的影響

農田作物，耕地范圍大，在噴灑農藥、收割時會用到大型農機，為了方便工作人員且不對整個傳感器網絡造成損害，本系統規定出大型農機的操作路線和傳感器布設方法。

農機有大小之分，小型農機寬度為1.8m，大型農機寬度為3.6m，掌握了這個可以在布設傳感器節點時給農機留出充分的操作空間。所以在每個農機車道旁邊分別留出10-15公分的空間，這條區域即為傳感器終端節點布設的區域。這樣農用機和傳感器各司其職，互不干涉，保證了傳感器節點的壽命和整個網絡的穩定性。

3.2 系統的體系結構

本系統的結構由無線傳感器監測網絡和遠程監控中心組成。拓撲結構采用樹狀。由于農田面積大且較為分散，本系統以一個村莊為一個單位，一個村莊共用一個匯聚節點，由匯聚節點將數據通過GPRS發送到遠程監測平臺。系統整體結構圖如圖1所示。

圖1 系統整體結構圖

4 系統軟件分析

整個遠程監測系統由數據采集、數據處理、數據收發、日志文件、系統數據處理、系統運行維護等。數據采集主要對接收到的監測數據進行處理，如數據的分析計算和存儲；數據收發模塊的主要工作是對監測信息進行接收和發送。日志文件記錄系統日志和數據日志。

5 結束語

本系統將ZigBee和無線傳感器網絡技術引用到農田監測中，改善了農田監測中傳統布線擴展性差，農機操作不方便等問題。將ZigBee無線傳感器網絡技術應用到農田監測中，可實現農田環境信息的動態采集、傳輸和存儲，ZigBee節點組網方式是自動部署，實現了整個網絡的動態性。

[1]李戰明,李泉,殷培峰.基于ZigBee的環境監測無線傳感器網絡節點設計[J].電子測量技術,2010,06:118-122

[2]龐娜,程德福.基于ZigBee無線傳感器網絡的溫室監測系統設計[J].吉林大學學報(信息科學版),2010,01:55-60

張玉鑫，1989—，性別：女，民族：漢，籍貫：河北保定，職務：無，學歷：碩士，單位：北方民族大學，研究方向：無線傳感器網絡。