基于无线传感器网络的农田监测系统

张玉鑫

北方民族大学

基于无线传感器网络的农田监测系统

张玉鑫

北方民族大学

根据目前农田环境监测的需要，设计出一种基于ZigBee的无线传感器网络农田环境监测系统。本系统包括无线传感器监测网络和远程监控中心组成，对可能影响农田作物生长的温度、湿度、土壤PH值等环境变量进行了监测。本系统针对大范围农田，由于农田作物在秋收等时节，大型农机作业，传感器节点会受到大型农机的影响，因此本系统在布设传感器节点时规划出农机的作业路线，有效避免了对整个传感器网络的破坏。

1 引言

由于农田所处地理位置较为偏僻，面积大，环境复杂，采用传统有线线缆进行供电和通信的方式成本高、扩展性差，同时对田间作业造成不便。为了确保农作物有较高效的产量，就要较好地及时了解各个对应田块的土壤肥力、土壤温湿度等指标，以便工作人员及时采取措施，调节土壤环境，较好地满足作物的需要。但是，如果采用人工监测大范围（如万亩左右）农田的环境，不仅工作量大且效率低下，无法做到及时更新各个数据指标。本系统以大范围农田为背景，研究通过使用无线传感器网络对土壤肥力、温湿度进行实时监测的方法，实现高效农业的目的。

2 ZigBee概述

ZigBee是一种短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。采用了IEEE802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格。ZigBee可应用领域包括工业控制、汽车自动化、医用设备控制等。

3 系统实现

为满足大面积农田监测的需要，整个监测系统由无线传感网和监测平台两部分构成。各个监测区域中的传感器节点以自组织的方式形成网络，在每个区域中规定出一个汇聚节点，最终由汇聚节点通过GPRS网络将信息传输到远程监控中心。

3.1 农机作业时对作物的影响

农田作物，耕地范围大，在喷洒农药、收割时会用到大型农机，为了方便工作人员且不对整个传感器网络造成损害，本系统规定出大型农机的操作路线和传感器布设方法。

农机有大小之分，小型农机宽度为1.8m，大型农机宽度为3.6m，掌握了这个可以在布设传感器节点时给农机留出充分的操作空间。所以在每个农机车道旁边分别留出10-15公分的空间，这条区域即为传感器终端节点布设的区域。这样农用机和传感器各司其职，互不干涉，保证了传感器节点的寿命和整个网络的稳定性。

3.2 系统的体系结构

本系统的结构由无线传感器监测网络和远程监控中心组成。拓扑结构采用树状。由于农田面积大且较为分散，本系统以一个村庄为一个单位，一个村庄共用一个汇聚节点，由汇聚节点将数据通过GPRS发送到远程监测平台。系统整体结构图如图1所示。

图1 系统整体结构图

4 系统软件分析

整个远程监测系统由数据采集、数据处理、数据收发、日志文件、系统数据处理、系统运行维护等。数据采集主要对接收到的监测数据进行处理，如数据的分析计算和存储；数据收发模块的主要工作是对监测信息进行接收和发送。日志文件记录系统日志和数据日志。

5 结束语

本系统将ZigBee和无线传感器网络技术引用到农田监测中，改善了农田监测中传统布线扩展性差，农机操作不方便等问题。将ZigBee无线传感器网络技术应用到农田监测中，可实现农田环境信息的动态采集、传输和存储，ZigBee节点组网方式是自动部署，实现了整个网络的动态性。

[1]李战明,李泉,殷培峰.基于ZigBee的环境监测无线传感器网络节点设计[J].电子测量技术,2010,06:118-122

[2]庞娜,程德福.基于ZigBee无线传感器网络的温室监测系统设计[J].吉林大学学报(信息科学版),2010,01:55-60

张玉鑫，1989—，性别：女，民族：汉，籍贯：河北保定，职务：无，学历：硕士，单位：北方民族大学，研究方向：无线传感器网络。