无线传感器网络的农田环境监测系统研究与实现

杨璐菲

摘要：我国农田信息化建设活动开展的如火如荼，农田环境监测系统在无线传感器网络的辅助下不断完善，在农田环境变化监督中发挥了系统的积极作用。基于此，本文具體研究农田环境监测系统，以便为农田环境监测提供切实可行的方案，这对农业生产工作顺利推进、农产品质量提高有促进作用，同时，还能完善线传感器网络，扩大农田环境监测系统在农业领域的应用范围。

关键词：无线传感器网络；农田环境；监测系统；系统研究；系统实现

前言：

现如今，网络信息时代悄然而至，在这一时代背景中，无线传感器网络不断优化，为农田环境监测提供了可靠的网络支持。应用农田环境监测系统动态掌握农田环境生长情况，以便为农田环境管理制定合理化方案。由此可见，本文探究该论题具有必要性和重要性，论题探究如下。

1无线传感器网络基本介绍

无线传感器网络借助先进信息技术、计算机技术、传感器网络技术进行网络优化，通过多种技术融合来获取网络覆盖区域价值信息，并负责信息传送。下文从节点结构、体系结构来方面来了解无线传感器网络。

1.1节点结构

节点结构由四部分组成，第一方面即数据采集单元，它负责网络区域数据信息获取和转换；第二部分即数据处理单元，该系统设计过程中应用芯片的类型为，内部嵌入内核，这一单元处理内容包括准确定位、节点处理步骤、功耗管理、路由协议等；第三部分即数据传输单元，它通过节点间无线通信完成数据信息采集和传输。第四部分即电源单元，它主要负责向数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元供应电源。

1.2体系结构

体系结构组成部分包括三方面，第一方面即网络节点，它具有数据采集、处理、通信等功能，在数据信息获取、传输中发挥重要作用；第二方面即网关节点，它主要负责节点传输；第三方面即监控中心，它负责接收网关节点传递的信息参数。

2农田环境监测系统概述

该系统功能组成部分主要包括服务器、上位机及客户端、GPRS网络、协调器等，其中，传感器节点负责采集空气湿度、土壤湿度、PH值、光照等数据参数；上位机及客户端负责数据处理、图表绘制，用户准确输入登录密码后，能够直观化、实时性监督参数变化情况，进而了解农田环境变化现状。我国农田面积较大，并且农田环境变化较快，这在一定程度上会增加环境监测阻力以及数据参数获取难度。因此，农田环境监测系统的应用是十分必要的，通过发挥系统在监测区域内的应用优势来全面、准确获取数据参数，在参数分析的基础上制定农田环境管理措施，这对农业增产、农产品质量优化有重要意义。下文具体分析农田环境监测系统设计方案及具体设计要求[1]。

3系统设计方案及软硬件设计

3.1设计方案

农田环境监测系统组成部分介绍如上述所示，系统方案实际设计时，应做好传感器于各终端节点的连接工作，然后将终端节点置于不同农田区域，以便监督各区域农田农作物生长情况，以及环境变化情况。用户通过观看浏览器直观了解远距离农田环境，专家学者具体分析变化数据，根据数据结果改变环境监控方案。

3.2软硬件设计

3.2.1软件设计

节点软件设计：S网络构建的过程中，事先对协调器初始化处理，处理对象主要有芯片、应用层协议、初始化系统时钟等。接下来进行能量扫描，对于符合能量要求的信道进行网络构建，同时，具体显示网络标识。之后判断入网节点合法性，许可合法化节点接入网络。最后主动传递环境参数于协调器。节点软件按照这一流程完成设计任务，能够减少能量浪费，缩短设计时间。

网关软件设计：操作系统编程这一网关软件实际设计时，为其创设ARM-交叉编译环境，将引导加载子程序设置为，根文件系统以及操作系统内核分别为和。在适当位置增设串口驱动程序，合理配置PPP协议，这能充分发挥上网这一功能优势。上网功能实现以应用程序合理设计为基础，网关响应请求的数据信息后，针对数据信息分析、处理、存储，同时，设置IP地址，借助远程监控主机以及CGI程序完成数据传输和查询。

3.2.2硬件设计

硬件电路：无线通信技术应用领域较广，该技术功能多样，节点划分以功能以依据，其中，精简设备与全功能设备在硬件组成方面存在一致性，但在软件设计方面需要合理配置。精简设备作为终端节点，节点设备数量有五个；全功能设备功能优势体现在网络构建、网络管理、数据汇集、数据转发等方面，在掌握数据传输距离的基础上，满足数据多路转发需要。

接口电路：接口电路设计以不同类型传感器为依据，其中，传感器接口电路设计时，将端连接于的口；数字光照传感模块接口电路设计时，连接与口；型传感器设计接口电路的过程中，借助芯片构成总线匹配电路[2]。

节点电源电路设计：具体设计时，为扩大农田采集节点布置范围，供电电路设计遵循结合原则，即锂电池结合于太阳能电池板，其中，芯片为电路提供充足电源，并且能够合理管理充电电源，它能大大提高充电效率，合理调整电流以及电压，确保电流、电压保持稳定状态。

网关硬件电路设计：网关作为网络连接中心，网关功能优势具体表现在：网络通信协议调整、数据获取、数据处理、数据转换。具体设计时，搭建网关硬件平台，优化网关硬件结构。核心处理器主频率和最高频率分别达到和，接口数量有三个，该处理器硬件资源较充足，并且性能较高，能够更好的满足系统设计需要。针对网关与外部接入网通信问题处理时，增设GPRS通信模块，以此支持网络切换，实现农田环境在线式监测。

4系统测试分析

4.1数据传输测试

了解网络功耗情况时，组织数据传输可靠性测试活动，每间隔8s发达数据包于协调器，发送操作结束后，协调器处于休眠状态，之后对其进行参数测量，具体指的是待机电流、发射电流等，通过参数对比、计算，了解功耗变化情况。由于参数数值获取过程中存在滞后性，因此，应用时间间隔法准确获取功耗变化值，尽可能减小测试活动中数据传输误差。总结测试实践可知，通信距离小于360m之内，网络数据传输可靠性较高。

4.2功能测试

针对系统数据采集功能进行测试分析，选取用来测试的农田区域，将湿度、PH值、光照、水分等多个传感器节点安排在农田不同区域，保证协调器节点距离大于20m，数据采集时间间隔1h，充足准备测量仪器，对比分析测量数据。对比测量数据误差，通过差值判断了解测量准确度。

4.3监测测试

网关、计算机设备分别连接农田环境WIFI网络，启动浏览器，准确输入IP网关网址，依次输入查询日期。接下来关闭WIFI模块，应用移动设备测试网络连接状态，如果移动设备得到的查询结果与上述结果一致，那么证明数据传输网络顺利连接，远距离监测功能优势正常发挥[3]。

结论：

综上所述，本文在了解无线传感器网络以及农田环境监测系统的基础上，从软件设计、硬件设计、系统测试等方面来掌握农田环境监测系统应用原理，同时，能够拓展系统设计思路、优化系统设计方案，有利于扩大农田环境监测系统应用范围，丰富无线传感器网络在农业领域实践经验。除此之外，我国应深入探究无线传感器网络为基础的农田环境监测系统，提高该系统适用性。

参考文献：

[1]肖令禄，王泽宇.基于无线传感器网络的农田环境监测系统设计[J].河南科学，2017，35（10）：1574-1581.

[2]刘宁宁，苏夏侃，杨自栋.基于无线传感器网络的农田环境因子监测系统研究[J].农机化研究，2014，36（09）：115-120.

[3]杨方.基于无线传感器网络的农田环境监测系统设计[J].湖北农业科学，2012，51（15）：3334-3335+3339.