基于无线传感器网络的农业智能化研究

发布时间：2020-07-07 14:35

【摘要】：伴随着电子信息产业的快速发展,信息化已经渗透到传统的各个行业当中,比如传统农业与信息化的结合能够极大地提高农业的资源利用率以及劳动效率。无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种近几年比较流行应用比较广泛的分布式传感器网络,也是一种有很大应用前景的微型网络系统。它通过末端的传感器末梢来获取各个被监测点的信息并实时反馈到系统控制中心监测节点,以实现对各个监测对象环境数据变化的监测与跟踪。发展至现在,无线传感器网络已经广泛应用于现代化军事系统、交通智能化、环境数据监控、健康卫生医疗、智能家居等领域。本课题首先对农业智能信息化的背景和意义进行了研究,同时介绍了农业物联网的应用现状,以及国内外对于农业智能信息化的发展现状及趋势;分析了目前国内外农业信息化领域存在的问题,并简要介绍了农业信息智能化的优点。其次介绍了本课题设计时需要用到的一些模块:数据采集模块、ZigBee无线传输模块、GPRS远距离无线传输模块、处理控制模块、能源模块及上位机终端。其中,数据采集模块运用了高精度的各类型传感器,并将采集到的模拟信号转化为能被芯片识别处理的数字信号。课题设计的通信方面,短距离无线传输采用了ZigBee通信技术,远距离通信采用了GPRS/GSM通信网络。处理控制模块课题采用了用于处理信息的ATmega32单片机、用于控制操作的继电器以及存储芯片等并制作了集成电路板。能源供电模块利用了太阳能电池板与蓄电池结合的方案,对整个系统的供电及续航能力有很大保障。终端采用了可以不受地域时间限制的基于Android系统的手机app及计算机上面的上位机软件,该软件用于采集显示通过GPRS/GSM网络传输过来的信息,并根据收到的现场环境数据信息做出科学判断,发出指令进行相应控制操作。课题对需要运用到的无线传感器网络、ZigBee技术、GPRS技术等关键技术的性能、参数以及存在的问题进行详细的介绍,并简单介绍了这些技术的优缺点。最后,对上述系统各个模块独立进行通信测试完成后,对模块进行整合,完成了一套面向农业的基于无线传感器网络的信息智能化控制方案。通过通信实验,成功证明了方案的可实施性和有效性。
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S126;TN929.5;TP212.9
【图文】：

联网监控,农业

强度等物理量参数进行一个实时的监控[4]，然后由智能手机、计仪器仪表实时显示出来，或作为自动灌溉、施肥等自动控制的参中，以保证农作物能够一直有一个适宜的生长环境[5]。远程控制随地就能对农田环境以及农作物生长状况进行监测控制。采用无录农作物生长的环境数据，同时与科学理论数据进行对比，达到物联网应用实例如下图所示：

系统结构图,无线传感器网络,系统结构图

第二章农业物联网关键技术2.1 无线传感器网络综述2.1.1 无线传感器网络技术概述无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种通过分布在其末梢类型传感器来采集环境变量数据的分布式网络，其在国际上被认为是继互联网之后二大网络[15]。无线传感器网络由多个感知外部世界的传感器组成一个微型网络，传可以采集到例如光照强度、土壤湿度等外部环境参数，并经由汇聚节点发送给观察由于传感器类型的多样化和组网的自由化等许多显著的优点，无线传感器网络现在广泛应用于军事信息化系统、智能交通、医疗、环境卫生、智能家居等领域。

网络拓扑结构图,网型,星型,网络拓扑结构

图 2-2 星型、网型、簇型网络拓扑结构图2.1.4无线传感器网络里的节点定位进行数据收集需要通过无线传感器网络来知道各个传感器的位置，如果不知道传感器的相应位置信息而进行的数据采集是没有意义的[21]。比如某地方发生煤气泄漏，首先要知道它的具体位置。一般经济可行的方法是首先对无线传感器网络的内部节点之间进行相互测距，然后利用节点之间信息的交换确定每个节点的位置，最后形成一套全网节点坐标[22]。假设已知无线传感器网络中某些节点（信标节点）的位置，可以通过一些方法来计算其他节点的位置信息。首先要测量未知节点到信标节点的距离，假设信标节点 A 的位置为（X1,Y1),信标节点 B 的位置为(X2，Y2),信标节点 C 的位置为（X3，Y3)，节点 M 的位置未知，则可以通过测量 d1、d2、d3的距离确定节点 M 的位置[23]，如图 2-3 所示：

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