致谢 26

1 前言

1。1 设计无线农田土壤检测系统的意义源G于J优L尔V论N文M网WwW.youeRw.com 原文+QQ75201`8766

我国是农业大国， 农业的发展快慢有着重要的意义，农业生产受到温度、湿度、pH 值等多种农田环境因素的影响。 将无线传感网络与大区域的农田种植结合起来能够对农 业生产进行实时准确的监控，构建高效准确的农田管理系统。来提高农作物的产量和质量。 减少了人力的消耗，增大了精准度。

农田环境复杂，面积大，人工检测过于麻烦，充分利用无线传感器网络灵活而强大的 组网功能， 设计了基于 ZigBee 无线传感器网络的农田土壤监测系统。构建了以 ZigBee 无线传感网络为主的农田土壤监测系统。

该系统由传感器节点、 汇聚节点、 互联网和终端等组成，利用安装在被监测区的传 感器节点采集农田环境参数后，通过转换器传输到无线传感模块中的传感器节点模块，传 感器节点进行数据采集和存储，在由无线传感模块中的网络节点进行采集通过网关发送到 上位机，使农田管理者能精确直观地控制农作物种植过程中的空气温度、相对湿度、PH 值等关键参数， 对在农业生产过程中实现增产节能有着很好的实用价值。

1。2 无线传感网络农田土壤检测系统的国内外现状

。 目前，农田土壤环境检测系统已经成为世界各国的研究重点，研究水平比较高的 国家主要有美国、澳大利亚、法国和荷兰，其中最典型的有澳大利亚的 Fleck 系统和美国 的 CSOnet 系统。Fleck 系统位于澳大利亚 CSIRO 组织给出的一套斑点智能 WSN 检测烯烃 的解决方案，改系统传感器网络节点能够实现数据的自动采集与定时发送。

我国与国外同步启动无线网络传感网络领域的研究工作，内蒙古农业大学提出了 采用 ZigBee 技术实现对土壤信息的采集和处理，由于传输距离短，不适合于大区域农田 检测，目前仍处于研究状态。

我国的实时土壤检测系统与沟外水平还有一定差距，蛋研究方向仍与世界放大国 家一样，同样朝着分布式、参数式、低功耗、智能化发展。

2。无线传感网络体系结构

无线传感器网络[1] （WSN），简而言之，就是把大量的传感器节点放置在监测区域， 通过节点之间的组网功能构建数据的采集和传输网络。下面介绍了无线传感器网络的结构。

无线传感器网络系统主要包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。其中，传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分 组成。传感器模块负责监测待测区域信息的采集和数据转换。处理器模块负责控制传感 器节点的操作，存储和处理由无线传感器节点收集的数据和其他节点发送的数据。无线通 信模块能与其他无线传感器节点进行无线通信，控制信息的交换和接收和发送节点收集数 据；能量供应模块负责为传感器节点的运行提供必要的能源，能量供应模块提供两种能源 供应，一个是无线传感器自带的电池，一个是配备一个电源适配器。

汇聚节点，顾名思义，主要汇聚无线传感器节点采集到的信息，然后通过无线通 信将其传送到管理节点，起到中间连接的作用。由无线传感器节点监测的数据通过汇聚节 点进行存储。最后通过互联网或卫星到达管理节点。

图 2。1 无线传感网络体系结构

2。1 无线传感器网络特点来自优I尔Y论S文C网WWw.YoueRw.com 加QQ7520~18766

农田范围广所以为了获得准确的信息，在监测区域通常都会放置了大量的传感器节 点，传感器节点的数量可能达到几万，甚至更多。大规模性是主要特点之一包括两个方面： 一是传感器节点分布在一个大的地理区域，如传感器网络在原有的大型森林火灾和环境监 测中的应用，需要部署大量的传感器节点；二方面，传感器节点部署非常密集，在一个地 区，大量的传感器节点密集部署。传感器网络的大规模是自然优势，通过不同空间视角获 得的信息具有更高的可信度和监测精度，可以通过提高分发大量的信息收集和单节点传感器的精度来提高效率。冗余节点的存在使得系统具有很强的容错性能，大量的节点分布可 以增加监测区域的覆盖范围，减少了盲区。自组织网络在传感器网络中的应用，传感器节 点通常放置在没有基础设施的地方。传感器节点的位置不能预先设定，节点之间的邻居关 系不事先知道，把大量的传感器节点通过飞机传播到广阔的森林地区，或自由放置到一个 遥不可及的或危险的区域。传感器网络的自组织应该能够适应这个网络拓扑结构的动态变 化。动态网络的传感器网络的拓扑结构可能会因以下因素的变化：（1）由环境因素或力 量耗尽引起的传感器节点故障或失效；（2）环境条件的变化可能会导致在无线通信链路 的带宽的变化，③传感器网络的传感器，感知的对象这三个要素的观察可能有流动性；④ 新节点加入。这就要求传感器网络系统能够适应这种变化，动态系统的可重构性。可靠的 网络传感器网络特别适合于部署在恶劣的环境或人迹罕至的地区，传感器节点可以在露天 环境中工作，暴露在阳光下或风和雨，甚至破坏无关的人或动物。传感器节点通常是随机 部署的，例如通过播种或发射炮弹到指定区域进行部署。这些要求传感器节点非常坚固， 容易损坏，能够适应各种恶劣的环境条件。由于监测区域环境的限制和传感器节点的大量 存在，不可能对每个传感器节点进行维护，网络的维护非常困难甚至不可靠。