基于无线传感器网络的农田土壤温湿度监测系统的设计与开发

温湿度 测量 采集

第３８卷第３期

吉林大学学报（工学版）

Ｖ０１．３８Ｎｏ．３２００８年５月

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｄｉｔｉｏｎ）

Ｍａｙ

２００８

基于无线传感器网络的农田土壤温

湿度监测系统的设计与开发

刘

卉１，汪懋华１，王跃宣２，马道坤１，李海霞

（１．中国农业大学精细农业研究中心，北京１０００８３；２．清华大学理论计算机科学研究所，北京１０００８４）

摘要：根据农田环境的应用需求，设计了农田土壤温湿度监测系统，该系统由农田无线监测

网络和远程数据中心两部分组成。采用以ＪＮ５１２１无线微处理器为核心的传感器节点开发策略，构建基于ＺｉｇＢｅｅ协议的无线监测网络；采用ＡＲＭ９微处理器￥３Ｃ２４１０，基于嵌入式Ｌｉｎｕｘ开发的网关节点实现数据汇聚和ＧＰＲＳ通信方式的远程数据转发。远程数据中心的管理软件ＦｉｅｌｄＮｅｔ采用了数据库管理模式，并通过应用ＥＳＲＩ嵌入式ＧＩＳ组件库ＡｒｃＥｎｇｉｎｅ进行监测数据的实时变化和空间变异分析。系统的设计开发为精细农业时空差异性与决策灌溉研究提供了有效工具。

关键词；农业工程；土壤温湿度监测系统；无线传感器网络；ＺｉｇＢｅｅ；精细农业

中图分类号：￥２３７；ＴＮ９１９．７２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—５４９７（２００８）０３一０６０４一０５

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｆａｒｍｌａｎｄｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ

ｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｗｉｒｅｌｅｓｓ

ｓｅｎｓｏｒ

ｎｅｔｗｏｒｋ

ＬｉｕＨｕｉｌ，ＷａｎｇＭａｏ—ｈｕａｌ，ＷａｎｇＹｕｅ－ｘｕａｎ２，ＭａＤａｏ—ｋｕｎｌ，ＬｉＨａｉ—ｘｉａｌ

（１．ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ

ｆｏｒＰｒｅｃｉｓｉｏｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒ

ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ

ｓｅｎｓｏｒ

ｎｅｔｗｏｒｋ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎ

ｐｒｏｖｉｄｅｏｐｔｉｍａｌ

ａｎｄ

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ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｄｅｌｉｖｅｒｙａｎｄ

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ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｈｉｃｈｍｅｅｔｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｉｎｆａｒｍｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｈｅｓｏｉｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒ

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ｃｅｎｔｅｒ．Ｉｎｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓ

ｓｅｎｓｏｒ

ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅ

ｓｅｎｓｏｒ

ｎｏｄｅｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｕｓｉｎｇＪＮＳ１２１ｍｏｄｕｌｅ，ａｎＩＥＥＥ

８０２．１５．４／ＺｉｇＢｅｅｗｉｒｅｌｅｓｓｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅｓｉｎｋｎｏｄｅｓｆｏｒａｇｇｒｅｇａｔｉｎｇａｎｄｄｉｌｅｖｅｒｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋ

ｄａｔａｉｓｂａｓｅｄ

ｏｎ

ＡＲＭ９

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ｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ａ

ＧＰＲＳｍｏｄｕｌｅｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅｓｉｎｋｎｏｄｅｆｏｒｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｅｒｅｍｏｔｅｄａｔａｃｅｎｔｅｒ，ｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｒｕｎｎｉｎｇ

ｏｎ

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ＡｒｃＥｎｇｉｎｅ，ａｎｅｍｂｅｄｄｅｄ

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ｒｅａｌｉｚｅ

ｏｎ—ｌｉｎｅｓｐａｔｉａｌａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｆｉｎ—ｆｉｅｌｄｄａｔａ．Ｔｈｉｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｍａｙ

ｐｒｏｖｉｄｅ

ａｎ

ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｔｏｏｌｆｏｒｓｐａｔｉａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄ

ｆｏｒｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｄｅｃｉｓｉｏｎｍａｋｉｎｇｉｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎ

收稿日期：２００７—０９—２１．

基金项目：“８６３”国家高技术研究发展计划项目（２００６ＡＡｌ０２２１６）．

作者简介：刘卉（１９７８一），女，博士研究生．研究方向：“精细农业”智能信息支持技术．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｈｕｉ＿ｍａｉｌ＠Ｃａｌｌ．ｅｄｕ．ｃｎ

通讯联系人：汪懋华（１９３２一），男，教授，中国工程院院士．研究方向：“精细农业”智能信息支持技术，农业与生物系统

工程．Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｈｗ＠ｐｕｂｌｉｃ．ｂｔａ．ｎｅｔ．ｃａ

万　

方数据

温湿度 测量 采集

第３期

ａｌｇｒｉｃｕｈｕｒｅ．

Ｋｅｙ

刘卉，等：基于无线传感器网络的农田土壤温湿度监测系统的设计与开发

６０５’

ｗｏｒｄｓ：ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ｝ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｗｉｒｅｌｅｓｓ

ｓｅｎｓｏｒ

ｎｅｔｗｏｒｋ；ＺｉｇＢｅｅ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ

目前，国内外科研人员已经将无线传感器网络技术应用于不同农业环境监测领域ｎ１］。作者以农田应用为背景，以研究土壤水分及温度的连续时空变异，指导决策灌溉为目标，通过分析农田环境具体特点，设计开发了低成本、实用化，基于无线传感器网络技术的农田土壤温湿度监测示范

系统。

１系统总体设计

１．１系统需求分析

监测系统开发前，综合分析了农田环境的应用特点，利用有利条件，规避不利因素。基于无线传感器网络的农田环境监测系统具有５个典型特点：①应用环境可知性；②充足的太阳能资源；③作物具有固定的生育周期；④应用环境动态变化；⑤农田基础设施少。

此外，农机的田间作业和各种天气条件也是系统设计过程中需要慎重考虑的因素。

１．２系统结构设计

综合分析上述应用特点，借鉴国外研究经验，设计的农田土壤温湿度监测系统总体结构如图１

所示。监 …… 此处隐藏：1734字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……