无线传感器网络在农业中的应用

无线传感器网络集传感器技术、微机电系统（MEMS）技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体，是多学科高度交叉的、知识高度集中的热点研究领域，因其广阔的应用前景而备受关注。该文综述了无线传感器网络的节点构成、体系结构、研究热点，以及在农业中的应用研究现状，针对性地提出在温室、节水灌溉、畜牧等农业领域应用无线传感器网络的方案与思路，为无线传感器网络在农业中的应用拓宽思路，争取早日将无线传感器网络投入到农业应用领域。     

无线传感器网络在农业中的应用

无线传感器网络集传感器技术、微机电系统(MEMS)技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体,是多学科高度交叉的、知识高度集中的热点研究领域,因其广阔的应用前景而备受关注.该文综述了无线传感器网络的节点构成、体系结构、研究热点,以及在农业中的应用研究现状,针对性地提出在温室、节水灌溉、畜牧等农业领域应用无线传感器网络的方案与思路,为无线传感器网络在农业中的应用拓宽思路,争取早日将无线传感器网络投入到农业应用领域.     

无线传感器网络在农业生产中的应用

无线传感器网络是近年兴起的新兴技术。本文综述了无线传感器网络的节点构成、特点,以及当前在农业领域的应用,并提出了在农业领域应用的新思路。     

地理信息技术在精准农业中的应用

精准农业技术是科技含量最高、集成综合性最强的现代农业生产管理技术之一。其核心思想是实时采集、处理时空差异信息,获取作物生长状况或作物环境胁迫信息,以便及时确定对其投入的量、质和时间,以达到经济、生态和社会效益的统一。因此,以地理信息系统、遥感和全球卫星定位系统为主的地理信息技术是精准农业技术体系的核心技术。该文在分析了地理信息技术发展现状与精准农业技术体系的基础上,对地理信息技术在精准农业中的应用现状和发展前景进行了分析和评述,并提出地理信息技术在精准农业方面应用的产业化途径。     

低空遥感技术及其在精准农业中的应用

以中国农业科学院土壤肥料研究所所进行的低空遥感为例,系统描述了低空遥感的技术体系、硬件设备的工作原理和影像处理过程。介绍了低空遥感技术在精准农业中的应用情况,如地块边界数字化、地块面积量算、作物种类识别、作物长势分析等。同时分析了低空遥感技术的应用前景。     

低空遥感技术及其在精准农业中的应用

以中国农业科学院土壤肥料研究所所进行的低空遥感为例，系统描述了低空遥感的技术体系、硬件设备的工作原理和影像处理过程。介绍了低空遥感技术在精准农业中的应用情况，如地块边界数字化、地块面积量算、作物种类识别、作物长势分析等。同时分析了低空遥感技术的应用前景。     

农田无线传感器网络中的簇首轮换机制

在大规模农田无线传感器网络WSN应用中,如何选择最优的网络架构和相应的自组织方式是一个急需研究的问题。在多跳、无线自组织网络Ad Hoc结构基础之上,针对规模农田面积大、作物生长周期长、传感器节点众多的特点,借鉴生物体内大量细胞生长发育和相互协作的组织机理,提出一种星状网和网状网相结合的分层无线传感器网络拓扑结构和簇首轮换机制,通过簇内控制减少节点与基站远距离的信令交互,降低网络建立的复杂度,减少网络路由和数据处理的开销。     

农田信息采集无线传感器网络节点设计

农田信息的及时准确获取是精准农业实施的基础。该文分析了几种典型无线传感器网络技术应用实例,基于当前无线传感器网络在农田信息采集中的应用现状,提出了设计体积小、工作持续时间长的农田信息采集无线传感器网络节点的必要性。基于ATmega128L单片机和CC1000射频芯片设计了无线传感器网络节点通信电路,并给出了土壤温湿度、电导率传感器、空气温湿度传感器及光照度传感器的选型和指标参数。设计了节点软件系统,描述了一种基于优先级的静态任务调度机制的实现方法,将S-MAC中的SYNC帧和RTS/CTS帧融合并加入了睡眠周期动态调度机制,并实现了全网的长周期睡眠。最后对节点进行了验证试验,给出了节点吞吐能力曲线和系统电压变化曲线,并进行了分析。试验表明,在论文给出的低功耗机制控制下,节点每秒具有6个数据包处理能力;在20个节点容量的全覆盖网络中,10 min采样周期下,节点可有效持续工作150 d以上,可以满足精准农业信息采集需求。     

茶园信息采集无线传感器网络节点设计

针对茶园中所存在的无线通信障碍问题,该文设计了一款适合茶园信息采集的无线传感器网络节点。节点以ATmega128为核心,nRF905射频芯片及其外围电路作为无线通信模块,SHT11空气温湿度传感器和TDR-3土壤含水量传感器及其外围电路作为传感器模块,并以该节点为硬件平台编写了通信协议、应用程序和后台管理软件。分析、测试了节点的功耗和通信距离,在空旷地带,节点的有效通信距离达到150 m,与Micaz节点对比室内外通信距离分别提高了200%和150%。在广东省英德茶园基地进行了组网试验测试,结果表明：网络平均丢包率为0.84%,传感器感知精度达到98.2%,能够满足茶园信息采集的应用要求。     

无线水分传感器网络分路定点路由

为减少因节点失效和外界干扰带来的数据完整性问题,在无线水分传感器节点软硬件配置、网络周期性工作机制以及方向性网络拓扑的基础上,讨论适用于土壤水分周期性实时监测应用的无线水分传感器网络路由协议。传感器节点在农田中呈二维矩阵结构的网格分布,以两字节行列编号对节点进行二维行列地址编码。将网络按照不同数量的列划分为分路,数据在分路内部定点传输,分路之间顺序传输。对单路、双路和三路路由策略进行了描述,从网络传输数据量、节点超时时间以及数据完整性等方面对分路定点路由策略进行分析和仿真。结果显示,分路定点路由比AODV协议有更好的能耗和数据完整性表现,满足土壤水分周期性监测需要。     

无线传感器网络数据终端设计与开发

在无线传感器网络（WSN）中,网关是连接无线传感器网络与外部网络的桥梁。该文根据农业应用需求,针对现有WSN网关功能单一、适用面狭窄等问题,设计开发了一个基于嵌入式Linux系统和ARM的多功能数据终端。该数据终端包括硬件层和软件层,硬件层主要包括控制核心、GPRS模块和无线传感器模块等,软件层则主要包括窗口模块、拔号模块、数据远程发送模块和数据采集模块。系统不仅具有数据转发的功能,而且可进行实时显示、本地存储和历史数据查询。系统使用MINIGUI为平台构建了一个窗口操作程序,用户可通过窗口进行系统控制,     

精准农业技术系统集成在新疆棉花种植中的应用

根据新疆生产建设兵团农业机械化、集约化、规模化生产的特点，结合新疆兵团棉花种植的实际情况和基础条件，利用GIS、RS、GPS、ES、MS等最新技术在棉花精准种植试验区开展研究工作。跟踪国内外精准农业的最新研究发展水平，在数字农业技术创新的基础上，整合国内已有的研究成果，利用信息技术对新疆现有的农业生产设备进行组装配套，研制、开发、集成具有新疆特色的数字农业技术体系与推广模式，进行规模化应用示范。在农田信息采集、处理和实施系统3个方面进行棉花精准种植信息系统集成研究，取得了初步成果：利用自主开发与引进的硬件平台，组装集成的配套技术体系，在棉花的精准播种、节水灌溉、变量施肥、病虫害预测预报与防治、长势监测等产前、产中管理决策中应用，形成一套适宜新疆的先进成熟的棉花生产管理智能化决策系统，同时与变量作业机具组装配套进行示范，该成果可为新疆及其它地区棉花精准种植提供参考模式，具有重大的推广意义，市场前景广阔。     

无线传感器网络的安全分析与对策

安全是一个好的传感网络设计中的关键问题,本文将深入分析无线传感器网络特点以及其所可能面临的安全威胁,并对其相应的安全对策进行了分析和探讨。     

无线传感器网络终端节点设计与实现

分析了无线传感器网络的发展情况,提出了一种适用于无线传感器网络的基于IEEE802.15.4协议的JN5139终端节点设计,对影响大田作物生长造成影响的诸多因素,如土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、有害气体（二氧化硫）浓度等环境因子提取实时数据,并对这些数据进行存储、分析处理,以及转发。借助GPRS网络实现对数据的上传,并传入到Internet,通过TCP-IP传送到相关用户,及时了解所需信息,指导耕作方向。根据实际需求分析、设计、实现等方面叙述了开发过程,并通过实验测试数据,图片等形象手段体现作者的思路。     

柿园无线传感器网络信号传输损耗研究

为探究柿园无线传感器网络信号传输特性,该文研究了在2.4 GHz无线信道下柿树处于萌芽期、幼叶期和花期3种时期时无线网络信号传输的衰减情况。试验中分别在柿子树萌芽期、幼叶期和花期3个生长时期下选择一列长势均匀的柿树,通过调节子节点和汇聚节点装置的高度和距离测量柿子树从距离地面3个高度冠层底部(0.8 m)、冠层最密部(1.8 m)和冠层顶部(2.8 m)处各8个距离点的链路质量指示值(link quality indicator,LQI),并对试验数据进行分析。结果表明LQI值随着距离的变化呈正弦曲线式衰减趋势。萌芽期时子节点和汇聚节点的高度均位于冠层顶部时,节点间距38 m时是最佳位置;幼叶期时子节点和汇聚节点的高度均位于冠层顶部,节点间距32 m时是最佳位置;花期时子节点和汇聚节点的高度均位于冠层顶部时,节点间距26 m时是最佳位置。通过对3次数据进行曲线拟合分析分别建立了在2.4 GHz信道下信号衰减模型,其中3种生长时期下均是三次多项式模型决定系数R2最大,为最适模型。果园中无线传感器网络信号传输损耗的研究为在果园中无线传感器网络节点部署提供了技术基础。     

基于无线传感器网络的茶园信息采集系统设计

设计了一款应用于茶园信息采集的无线传感器网络节点。使用ATmega128L单片机和nRF905射频芯片作为无线传感器网络节点通信电路。基于此节点硬件平台编写了软件系统,并进行30天的组网实验。实验结果表明,节点能耗小、丢包率低,适合低功耗及长时间使用要求的农业应用场合。     

面向精细农业的无线传感器网络关键技术

本文在现有成熟的无线网络技术介绍的基础上,结合精细农业生产中无线传感器网络技术的需求,介绍了现有-Z种成熟无限网络技术,在此基础上通过对比分析得出ZigBee无线网络技术适用于精细农业中的无线传感器设备,并对ZigBee组网技术进行了简要的介绍。     

农业环境信息无线传感器网络监测技术研究进展

无线传感器网络是实现农业环境变量信息多方位、网络化远程监测的主要技术手段。无线地上传感器网络应用研究集中在作物不同生长期内节点布设距离和高度以及作物高度等对无线电信号传输损失的影响,从而合理选择节点布设参数。无线地下传感器网络应用研究集中在气象环境、土壤类型、土壤含水率、土壤结构与成分、节点埋藏深度、节点距离、频率与功率范围、网络拓扑结构、路由算法、组网方式等对电磁波多路径传输的路径损失、误码率、最大传输距离、含水量测试误差等方面的影响。研究指出,300～500 MHz的频率更适合土壤无线地下传感器网络,其最大传输距离为5 m,传输距离将是系统大面积推广应用的主要限制因素。今后重点应研究433 MHz电磁波在不同土壤和空气多层介质中的传输特性、信道模型及路径损失,优化节点和网络技术参数,确定不同农业应用环境条件下传感器网络节点合理位置和最优的网络拓扑结构方案。     

温室无线传感器网络节点发射功率自适应控制算法

为了提高无线数据传输的可靠性,基于无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)的温室环境数据采集系统,采用试验的方法研究温室中不同环境下WSN节点之间通信的可靠性。在通信距离为5~40 m,存在作物、温室设施等遮挡影响,相对湿度为35%~80%的情况下,对丢包率和接收信号强度指示(received signal strength indication,RSSI)的关系进行研究,通过RSSI对节点间通信可靠性进行评价。在此基础上,提出WSN节点发射功率自适应控制算法。该算法以RSSI作为通信质量的评价因子,通过增大节点的发射功率来提高通信可靠性。测试结果表明,该算法能够根据当前通信状况,自适应地设置节点的发射功率,以尽可能小的发射功率将丢包率维持在1%左右。该算法对WSN在温室中的应用具有实用价值。     

稻田水分监测无线传感器网络优化设计与试验

传感器网络技术为大范围稻田水分信息采集提供了一种新技术手段。利用测量稻田水分含量和水层深度测量的无线传感器WFDMS,探讨了构建稻田水分传感器网络PMSN的关键技术：设计了大面积、大范围应用体系结构模型;提出了一种满足稻田水分采样频率和数据业务需求的低功耗传输控制协议LPTP-PMSN;开发了水分信息监测信息管理系统,实现了完整运行的稻田水分传感器网络整套系统。试验表明,PMSN网络在稻田中的可靠通信距离达60 m,在 3.6 V/2 100 mAh电池供电下,4 h周期采样试验中,在传输协议LPTP-PMSN控制下,传感器、簇首、基站、短信网关、计算机间能够协同工作,整个稻田水分传感器网络可以较可靠运行,节点生命期超过190 d。该研究可为农用信息监控无线传输网络的其他应用提供参考。