基于无线传感器网络的农田环境信息监测平台

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0、引言

科技发展的脚步越来越快, —人类已经置身于信息时代。作为信息获取的一项重要技术传感器网

络技术,得到了极大的发展。传感器网络信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型

化和网络化方向发展,并将会带来一场信息革命。无线传感器网络在环境监测方面有着很广阔的

应用, 从Wireless Sensor Network(WSN)的工作原理和多种优点来看,非常适合用于农田环境信息

的获取。

针对农田环境特有的一些环境参数,本研究开发了一个基于无线传感器网络的农田环境信息监测

平台,结合无线传感器网络和 GPRS 网络,采用 Socket 通信编程技术和 C#网页编程技术,实现了对

采集数据的接收存储功能,并将监测结果以图表形式展示给用户。

1、无线传感器网络概述

WSN 是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成,是一个通过无线通信方式形成的多跳

自组织网络。无线传感器网络技术综合了许多先进技术,如微电子技术、嵌入式计算技术、现代

网络及无线通信技术及分布式信息处理技术等。它能够实时感知、监测和采集网络覆盖区域内

的各种环境或者监测对象的信息,并对其进行处理,将处理后的信息通过无线方式发送,并以自组

多跳的网络方式传送给观测者。无线传感器网络体系结构如图 1所示。传感器节点(也叫终端节

点)和汇聚节点(也叫网关节点)是两个重!要部分。大量的传感器节点分布于监测区域内,自组织

构成网络,通过临近的传感器节点将监测数据进行逐跳地传输,监测数据在传输过程中经过多个

传感器节点处理,经多跳后路由到网关节点,网关节点将数据打包,经由互联网、卫星等通信方式

传输到服务器;用户可以通过访问互联网对监测区域的节点数据进行查询,系统管理员也可以对

数据进行管理操作。

无线传感器网络节点是组成无线传感器网络的基本元素,节点基本上是由数据采集模块、处理器

模块、无线通信模块及能源供应模块组成。每个节点包含一个或多个传感器、嵌人式处理器、

低功率雷达以及供电电池。通过传感器模块获得农田环境参数数据信息,经模数转换器(AD/DC)

转换成数字形式,传给处理器模块。处理器模块一般与存储部件紧密结合,根据从数据采集模块

和无线通信模块传送过来的数据完成数据融合、节点定位等各种计算功能。无线通信模块负责

该节点与其他节点或者网络代理等设备之间的无线通信,即无线信号的收发功能,一般是整个结

构中耗能最大的部分,低能耗是主要的设计目标之一。能量供应模块在无线传感器节点中至关重

要,它为传感器节点各部件提供能量。本研究应用于农田环境信息监测的传感器节点主要利用太

阳能供电来维持节点的正常运转。

农田环境信息监测平台是对实时的农田环境状况和历史趋势的反映,是通过互联网发布数据并提

供数据共享的一个平台,是一个具有动态性、开放性以及共享性的数据服务系统,可以为农田环

境质量评估提供数据来源,为农业物联网研究领域的交流活动提供资料平台,为农田生产管理以

及灌溉决策提供参考依据。对于采集到的环境信息,只有通过友好、清晰的界面进行直观的显

示,供用户进行实时查询和统计分析等操作才有意义。将无线传感器网络技术、GPRS 技术和网

络技术结合起来,为信息监测平台提供动态数据源,把田间环境信息实时采集,形成一个可视化的

数据平台,为用户提供多种农业信息服务;进而对田间数据进行实时监测与统计分析,为农田生产

管理以及灌溉决策提供参考依据。农田环境信息监测平台一般包括以下功能,如图 2所示。

无线传感器网络具有大规模、自组织、动态性、可靠和以数据为中心等特点,信息监测平台具有

动态性、开放性和共享性的特点,二者结合形成的系统非常适合应用于农田环境信息监测。

2、平台软件设计

2.1 数据接收部分

本研究采用 Comway WG-8010 GPRSDTU (Data Terminal Unit,数据终端设备)与汇聚节点通过标

准RS232 数据接口连接来实现数据的发送工作。DTU 有内置 GPRS 无线模块,封装了协议栈内

容并且具有嵌入式操作系统,硬件上可以看作是嵌入式 PC 加无线接入部分的结合。DTU 与硬件

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摘要：

基于无线传感器网络的农田环境信息监测平台0、引言科技发展的脚步越来越快,—人类已经置身于信息时代。作为信息获取的一项重要技术传感器网络技术,得到了极大的发展。传感器网络信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展,并将会带来一场信息革命。无线传感器网络在环境监测方面有着很广阔的应用,从WirelessSensorNetwork(WSN)的工作原理和多种优点来看,非常适合用于农田环境信息的获取。针对农田环境特有的一些环境参数,本研究开发了一个基于无线传感器网络的农田环境信息监测平台,结合无线传感器网络和GPRS网络,采用Socket通信编程技术和C#网页编程技术,实现了对采...

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