無線傳感器網絡的農田環境監測系統研究與實現

楊璐菲

摘要：我國農田信息化建設活動開展的如火如荼，農田環境監測系統在無線傳感器網絡的輔助下不斷完善，在農田環境變化監督中發揮了系統的積極作用。基于此，本文具體研究農田環境監測系統，以便為農田環境監測提供切實可行的方案，這對農業生產工作順利推進、農產品質量提高有促進作用，同時，還能完善線傳感器網絡，擴大農田環境監測系統在農業領域的應用范圍。

關鍵詞：無線傳感器網絡；農田環境；監測系統；系統研究；系統實現

前言：

現如今，網絡信息時代悄然而至，在這一時代背景中，無線傳感器網絡不斷優化，為農田環境監測提供了可靠的網絡支持。應用農田環境監測系統動態掌握農田環境生長情況，以便為農田環境管理制定合理化方案。由此可見，本文探究該論題具有必要性和重要性，論題探究如下。

1無線傳感器網絡基本介紹

無線傳感器網絡借助先進信息技術、計算機技術、傳感器網絡技術進行網絡優化，通過多種技術融合來獲取網絡覆蓋區域價值信息，并負責信息傳送。下文從節點結構、體系結構來方面來了解無線傳感器網絡。

1.1節點結構

節點結構由四部分組成，第一方面即數據采集單元，它負責網絡區域數據信息獲取和轉換；第二部分即數據處理單元，該系統設計過程中應用芯片的類型為，內部嵌入內核，這一單元處理內容包括準確定位、節點處理步驟、功耗管理、路由協議等；第三部分即數據傳輸單元，它通過節點間無線通信完成數據信息采集和傳輸。第四部分即電源單元，它主要負責向數據采集單元、數據處理單元、數據傳輸單元供應電源。

1.2體系結構

體系結構組成部分包括三方面，第一方面即網絡節點，它具有數據采集、處理、通信等功能，在數據信息獲取、傳輸中發揮重要作用；第二方面即網關節點，它主要負責節點傳輸；第三方面即監控中心，它負責接收網關節點傳遞的信息參數。

2農田環境監測系統概述

該系統功能組成部分主要包括服務器、上位機及客戶端、GPRS網絡、協調器等，其中，傳感器節點負責采集空氣濕度、土壤濕度、PH值、光照等數據參數；上位機及客戶端負責數據處理、圖表繪制，用戶準確輸入登錄密碼后，能夠直觀化、實時性監督參數變化情況，進而了解農田環境變化現狀。我國農田面積較大，并且農田環境變化較快，這在一定程度上會增加環境監測阻力以及數據參數獲取難度。因此，農田環境監測系統的應用是十分必要的，通過發揮系統在監測區域內的應用優勢來全面、準確獲取數據參數，在參數分析的基礎上制定農田環境管理措施，這對農業增產、農產品質量優化有重要意義。下文具體分析農田環境監測系統設計方案及具體設計要求[1]。

3系統設計方案及軟硬件設計

3.1設計方案

農田環境監測系統組成部分介紹如上述所示，系統方案實際設計時，應做好傳感器于各終端節點的連接工作，然后將終端節點置于不同農田區域，以便監督各區域農田農作物生長情況，以及環境變化情況。用戶通過觀看瀏覽器直觀了解遠距離農田環境，專家學者具體分析變化數據，根據數據結果改變環境監控方案。

3.2軟硬件設計

3.2.1軟件設計

節點軟件設計：S網絡構建的過程中，事先對協調器初始化處理，處理對象主要有芯片、應用層協議、初始化系統時鐘等。接下來進行能量掃描，對于符合能量要求的信道進行網絡構建，同時，具體顯示網絡標識。之后判斷入網節點合法性，許可合法化節點接入網絡。最后主動傳遞環境參數于協調器。節點軟件按照這一流程完成設計任務，能夠減少能量浪費，縮短設計時間。

網關軟件設計：操作系統編程這一網關軟件實際設計時，為其創設ARM-交叉編譯環境，將引導加載子程序設置為，根文件系統以及操作系統內核分別為和。在適當位置增設串口驅動程序，合理配置PPP協議，這能充分發揮上網這一功能優勢。上網功能實現以應用程序合理設計為基礎，網關響應請求的數據信息后，針對數據信息分析、處理、存儲，同時，設置IP地址，借助遠程監控主機以及CGI程序完成數據傳輸和查詢。

3.2.2硬件設計

硬件電路：無線通信技術應用領域較廣，該技術功能多樣，節點劃分以功能以依據，其中，精簡設備與全功能設備在硬件組成方面存在一致性，但在軟件設計方面需要合理配置。精簡設備作為終端節點，節點設備數量有五個；全功能設備功能優勢體現在網絡構建、網絡管理、數據匯集、數據轉發等方面，在掌握數據傳輸距離的基礎上，滿足數據多路轉發需要。

接口電路：接口電路設計以不同類型傳感器為依據，其中，傳感器接口電路設計時，將端連接于的口；數字光照傳感模塊接口電路設計時，連接與口；型傳感器設計接口電路的過程中，借助芯片構成總線匹配電路[2]。

節點電源電路設計：具體設計時，為擴大農田采集節點布置范圍，供電電路設計遵循結合原則，即鋰電池結合于太陽能電池板，其中，芯片為電路提供充足電源，并且能夠合理管理充電電源，它能大大提高充電效率，合理調整電流以及電壓，確保電流、電壓保持穩定狀態。

網關硬件電路設計：網關作為網絡連接中心，網關功能優勢具體表現在：網絡通信協議調整、數據獲取、數據處理、數據轉換。具體設計時，搭建網關硬件平臺，優化網關硬件結構。核心處理器主頻率和最高頻率分別達到和，接口數量有三個，該處理器硬件資源較充足，并且性能較高，能夠更好的滿足系統設計需要。針對網關與外部接入網通信問題處理時，增設GPRS通信模塊，以此支持網絡切換，實現農田環境在線式監測。

4系統測試分析

4.1數據傳輸測試

了解網絡功耗情況時，組織數據傳輸可靠性測試活動，每間隔8s發達數據包于協調器，發送操作結束后，協調器處于休眠狀態，之后對其進行參數測量，具體指的是待機電流、發射電流等，通過參數對比、計算，了解功耗變化情況。由于參數數值獲取過程中存在滯后性，因此，應用時間間隔法準確獲取功耗變化值，盡可能減小測試活動中數據傳輸誤差。總結測試實踐可知，通信距離小于360m之內，網絡數據傳輸可靠性較高。

4.2功能測試

針對系統數據采集功能進行測試分析，選取用來測試的農田區域，將濕度、PH值、光照、水分等多個傳感器節點安排在農田不同區域，保證協調器節點距離大于20m，數據采集時間間隔1h，充足準備測量儀器，對比分析測量數據。對比測量數據誤差，通過差值判斷了解測量準確度。

4.3監測測試

網關、計算機設備分別連接農田環境WIFI網絡，啟動瀏覽器，準確輸入IP網關網址，依次輸入查詢日期。接下來關閉WIFI模塊，應用移動設備測試網絡連接狀態，如果移動設備得到的查詢結果與上述結果一致，那么證明數據傳輸網絡順利連接，遠距離監測功能優勢正常發揮[3]。

結論：

綜上所述，本文在了解無線傳感器網絡以及農田環境監測系統的基礎上，從軟件設計、硬件設計、系統測試等方面來掌握農田環境監測系統應用原理，同時，能夠拓展系統設計思路、優化系統設計方案，有利于擴大農田環境監測系統應用范圍，豐富無線傳感器網絡在農業領域實踐經驗。除此之外，我國應深入探究無線傳感器網絡為基礎的農田環境監測系統，提高該系統適用性。

參考文獻：

[1]肖令祿，王澤宇.基于無線傳感器網絡的農田環境監測系統設計[J].河南科學，2017，35（10）：1574-1581.

[2]劉寧寧，蘇夏侃，楊自棟.基于無線傳感器網絡的農田環境因子監測系統研究[J].農機化研究，2014，36（09）：115-120.

[3]楊方.基于無線傳感器網絡的農田環境監測系統設計[J].湖北農業科學，2012，51（15）：3334-3335+3339.