浅谈无线传感网络在农业中的应用(结课论文)

浅谈无线传感网络在农业中的应用摘要：无线传感网络技术是具有交叉学科性质的高科技技术，被广泛应用于各个领域。结合现代农业实际要求，将无线传感网络与现代农业结合，提出了基于无线传感网络的智能监控系统方案，进行参数的采集、传输、汇聚和融合，结合数据库技术和专家决策系统，以实现农业生产的自动化和精细化。本文首先介绍了无线传感网络技术的具体内容，然后综述了目前国内无线传感网络在农业中的具体应用。关键词：无线传感网络；物联网；农业；应用0引言传统的农业需要花费大量的劳动力进入到田间地头劳作，浇水施肥，耕地等等。不能更合理化的利用有限的资源创造更大的财富，很多时候反而浪费了资源。智能农业产品可以根据用户的需求，随时进行处理，为农业综合生态信息的自动监测、对环境进行自动控制和智能化的管理提供了科学依据。方便人们对农田里的作物进行科学化管理，在第一时间了解它们的需求，极大的提高了资源利用率。传感技术为传统农业带来了革新与飞跃发展，成为了未来新型农业发展的必然趋势[1]。物联网(InternetofThings，IoT)的概念自1999年由麻省理工学院的Ashton教授提出以来，其与农业领域的应用逐渐紧密结合，形成了农业物联网及其应用。农业物联网对推动信息化与农业现代化融合、精细农业应用与实践等具有至关重要的作用[2]。1无线传感网络技术无线传感器网络是由多个节点组成的面向任务的无线网络，是一种无基础设施的网络。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域技术，能协作地进行实时监测、感知和采集节点部署区域的各种环境或监测对象的信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象）[3]，并对这些数据进行处理，获得详尽而准确的信息，通过无线网络最终发送给观察者。观察者通过获取的信息进行操作，或者直接通过设置使其智能完成任务。传感器网络系统通常包括传感器节点、网关/汇聚节点Router和管理节点。下面详细介绍。（一）网关节点。负责对各节点传感器数据的采集、处理以及和外网通信，作为数据采集的传感器节点响应相应的网关请求，搜集周围信息，如温度、湿度，光照等；同时还要兼具有路山功能，依据一定的路山协议自接或者通过作为多跳中转的节点中传输到sink节点，再借助临时建立的sink链路把整个区域内所监控的数据传输到远程中心。（二）传感器节点。采集的监测数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输的过程中监测数据被多个节点处理，经过多跳后路山到汇聚节点，最后通过互联网到达管理节点。传感器节点之间通信采用的是基于ZigBee技术的CC2530芯片实现。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的一种短距离的无线通信技术，具有低功耗、低速率、低成本、低复杂度等一系列特点。ZigBee遵循开放系统互连参考模型，协议栈包括物理层、媒质访问控制层、网络层和应用层，支持自组织网络技术。CC2530是TI公司生产的一款基于具有SOC，支持IEEE802.15.4、ZigBee、ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE标准，具有较高的无线接收灵敏度以及抗干扰性能，其传输的距离大于75m，最高传输速率可达250Kbps[4]。（三）管理节点。用于动态的管理整个无线传感器网络。传感器网络的所有者通过管理节点访问无线传感器网络的资源。（四）监控系统软件。采用模块化设计，采用数据库方式实现数据存储以及读取，并相应的对参数进行控制。系统可分为登陆模块、通信模块、数据显示模块、数据库修改及管理及查询模块、专家决策系统和控制模块（主要用于控制自动灌溉等技术的实现）。2无线传感网络技术在农业的应用2.1果树精准灌溉系统采用ZigBee技术与GPRS网络相结合的体系结构，基于CC2530芯片设计无线传感节点。无线传感器节点对其所在区域的土壤湿度信息进行实时监测，根据果树的合理需水量以及土壤的综合状况，精准地对灌溉进行控制[5]，可应用于温室、果园等区域，有助于农业部门更加有效地提高果树产量。2.2农业视觉智能车测试平台随着智能农业机械的发展，农业智能车辆也得到了广泛地研究应用。基于CCD视觉传感器的无人驾驶车辆也得到了深人地研究。为了获取无人操控的农业智能车辆在野外农田作业时的状态，根据需求改进精简ZigBee协议，设计一种测试平台监控其工作运行，并对车辆故障进行报警[6]。在设计的基于ARM9(S3C2410)CCD传感的农业智能车平台上测试。2.3温室大棚针对目前我国大部分温室大棚采用纯人工管理出现的耗时耗力、出错率高等情况，设计的一种基于物联网的智能温室大棚控制系统。系统采用ZigBee协议组建了无线传感网络，对温室大棚内农作物生长的环境进行检测及控制，采用Linux操作系统管理嵌入式网关，用来存储采集数据、管理系统设备、实现无线传感网与传统信息网络之间的互联[7]，农户可以使用浏览器和智能手机对温室大棚实时监测和远程管理，系统应用于温室大棚生产管理过程中，提高了农业生产精细化管理水平，实现了农作物高效、优质、低耗的工业化生产方式。2.4农业喷灌系统传感器节点主要负责采集农田土壤的温度、湿度等实时数据，然后由节点配置的无线发送模块把数据发送到相应的无线路由器。无线路由器具有自组网功能，形成一个可以相互传输信息的无线传感网[8]。无线路由器将数据汇总并处理后发送到无线网关。无线网关中GPRS模块通过中国移动网络把数据传输到配有GPRS模块的远程监控中心的PC机上，通过软件编程可以在PC上可视化显示，并可以把相应的控制信息无线发送到控制终端。2.5冷链物流跟踪系统提出了一种基于无线温湿度传感网络和GPS系统的智能冷链物流跟踪监测系统，该系统采用ZigBee技术，在固定和移动的冷链设备内部构建一个无线温湿度传感监测网络，实时跟踪监测冷链上货物的环境温度和湿度，同时配合GPS确定移动冷链设备当前物理位置，通过ZigBee协调器网关与数据传输网络(GSM、Internet等)相连，实现对冷链货物远程监控[9]，该系统微控制器采用LM3S811，使用CC2420实现ZigBee通信，为保证低温货物的安全运输提供了信息技术解决手段。2.6水产养殖监控系统物联网智能化养殖监控系统主要有水质监测、环境监测、视频监测、远程控制、短信通知等功能，该系统综合利用电子技术、传感器技术、计算机与网络通信技术，实现对水产养殖各阶段的水温、pH值和溶氧量等各项基本参数进行实时监测与预警[10]，一旦发现问题，能及时自动处理或短信通知相关人员。2.7土壤湿度测定一种将土壤电阻传感器和土壤温度传感器的数据进行融合的方法，并利用多元线性回归和BP神经网络建立了土壤湿度的测定模型。土壤电阻的大小会影响三极管基极电流，从而改变输出电压。而土壤湿度和土壤温度均是影响土壤电阻率的重要因素，故可以利用土壤电阻传感器结合土壤温度传感器对土壤湿度进行测定[11]。该方法在实际的ZigBee农业无线传感器网络中得到应用。在同一种类型的土壤中，该方法测定土壤湿度的精度可达士2.5%RH，可用于实际农业大田的土壤湿度测定。3结论无线传感器网络技术融介了传感器技术、计算机技术和网络通信技术。各传感器分工介作，自主组网，网络拓扑动态变化。具有随机部署、分布式结构、自组织、智能型、成本低、环境适应性强等等特点。将无线传感网络技术应用于农业经过近几年的研究已经接近成熟，并且将在以后的飞速发展下为世界带来更多好处。如果对传感器节点加以修改，按照自己的需求重新配置，可将其应用于更多方而，如环境监测、医疗事业、工业自动化等领域。参考文献：[1]郭婷.无线传感网络技术在农业方面应用[J].湖南农机,2013,40(3):68-69.DOI:10.3969/j.issn.1007-8320.2013.03.035.[2]秦怀斌,李道亮,郭理等.农业物联网的发展及关键技术应用进展[J].农机化研究,2014,(4):246-248,252.DOI:10.3969/j.issn.1003-188X.2014.04.059.[3]TaiHJ,LiuSY,LiDL,etal.Amulti-nvironmentalfactormonitoringsystemforaquiculturebasedonwirelesssensornetworks[J].SensorLetters，2012，10(1~2):265~270.[4]ZigBeeAlliance.ZigBeespecification[Z].ZigBeeAlliance,2006.[5]张俊涛,李媛,陈晓莉等.基于无线传感网络的果树精准灌溉系统[J].农机化研究,2014,(2):183-187.DOI:10.3969/j.issn.1003188X.2014.02.046.[6]李盛辉,夏春华.基于无线传感网络的农业视觉智能车测试平台设计[J].中国农机化学报,2013,34(3):229-232,236.DOI:10.3969/j.issn.2095-5553.2013.03.056.[7]欧亚军.物联网技术在温室大棚中的应用研究[J].软件导刊,2013,(11):143-145.[8]袁志强.应用于农业喷灌系统的无线传感网络的设计[J].中国农机化学报,2014,35(1):249-251.DOI:10.3969/j.issn.2095-5553.2014.01.058.[9]罗珩,叶森钢,朱敏杰,侯汉平.基于无线传感网络的智能冷链物流跟踪系统[J].物流技术,2014,17:395-397.[10]颜波,石平.基于物联网的水产养殖智能化监控系统[J].农业机械学报,2014,01:259-265.[11]高翔,刘鹏,卢潭城,陆起涌.一种土壤湿度测定方法在ZigBee无线传感器网络中的应用[J].传感器与微系统,2015,01:151-153.