森林生境因子無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集系統(tǒng)

李 丹，孫利新，戴 巍，王霓虹

(1.東北林業(yè)大學(xué)信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，150040哈爾濱;2.哈爾濱工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，150001哈爾濱)

近年來，隨著電子信息技術(shù)的提高，嵌入式技術(shù)得到了飛速發(fā)展.由于嵌入式微處理器具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用已深入到工業(yè)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研等多種領(lǐng)域.隨著嵌入式技術(shù)的不斷進(jìn)步和“數(shù)字林業(yè)”概念的提出，逐漸將嵌入式技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)，推動(dòng)著林業(yè)生產(chǎn)信息化的進(jìn)程，加快了現(xiàn)代化林業(yè)技術(shù)的發(fā)展［1-2］.

在森林生境因子采集過程中對(duì)精確、快速、自動(dòng)的測(cè)量技術(shù)的需求越來越高，而傳統(tǒng)的林業(yè)測(cè)量方式大多采用手工測(cè)量或是有線傳輸測(cè)量方式，林木生長(zhǎng)環(huán)境地域廣闊、地形復(fù)雜，不具備現(xiàn)場(chǎng)布置大量的導(dǎo)線或電纜的實(shí)際條件，并且在線路上的傳輸信號(hào)會(huì)受到電磁干擾，造成較大的衰減，從而影響了測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，導(dǎo)致了測(cè)量誤差.在此背景下急需研究低成本的林木生長(zhǎng)環(huán)境信息采集傳感器和高可靠性的環(huán)境信息無線測(cè)控終端，并在此基礎(chǔ)上研究開發(fā)森林生境因子自動(dòng)采集系統(tǒng)，以便及時(shí)地了解森林生長(zhǎng)環(huán)境狀況，為林木的撫育提供可靠的數(shù)據(jù)支持，為森林撫育以及經(jīng)營(yíng)管理提供決策支持.

系統(tǒng)將最新的嵌入式技術(shù)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，采用無線射頻芯片nRF905和低功耗嵌入式芯片LPC2148，可以實(shí)現(xiàn)低成本、高效率地完成數(shù)據(jù)的采集和無線傳輸，通過設(shè)計(jì)以電池供電方式的生境因子采集電路，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)檢測(cè)過程的無線化、自動(dòng)化和可視化.

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)是將由匯聚節(jié)點(diǎn)、路由傳輸節(jié)點(diǎn)和傳感器采集節(jié)點(diǎn)組成的森林生境因子無線測(cè)控終端分布在森林監(jiān)測(cè)區(qū)域，構(gòu)成森林生境因子采集系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)采集森林環(huán)境信息，傳輸?shù)较到y(tǒng)監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)森林環(huán)境因子的變化，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.其中，在指定的森林監(jiān)測(cè)區(qū)域隨機(jī)地分布大量的數(shù)據(jù)采集傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)能夠隨時(shí)通過自組網(wǎng)的方式構(gòu)成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，并采用多跳方式將采集到的數(shù)據(jù)沿著相鄰的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸.在傳輸過程中，傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)將被其他傳輸節(jié)點(diǎn)處理，并傳送至最近的負(fù)責(zé)多點(diǎn)接收的匯聚節(jié)點(diǎn)，然后通過RS232串口通信將采集數(shù)據(jù)送給本地監(jiān)測(cè)中心的 PC機(jī)［3-4］，將采集數(shù)據(jù)入庫(kù).本地監(jiān)測(cè)中心對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ)，并通過WebGIS將采集數(shù)據(jù)統(tǒng)一發(fā)布，以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地通過Internet網(wǎng)絡(luò)對(duì)生境因子進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 監(jiān)測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

森林生境因子無線測(cè)控終端主要由傳感器終端節(jié)點(diǎn)、路由傳輸節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)3個(gè)部分組成.為了系統(tǒng)穩(wěn)定性與集成性，路由傳輸節(jié)點(diǎn)與傳感器終端節(jié)點(diǎn)采用集成式設(shè)計(jì)，封裝同一集成電路中，匯聚節(jié)點(diǎn)與本地監(jiān)測(cè)中心的PC機(jī)相連，傳感器節(jié)點(diǎn)由微處理器、串口通信模塊、無線通信模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊和系統(tǒng)電源模塊組成.每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)通過自組網(wǎng)方式將采集的森林環(huán)境信息發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，再由匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸至本地監(jiān)測(cè)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林溫度、森林濕度和森林光照強(qiáng)度的采集監(jiān)測(cè).系統(tǒng)的采集終端節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，由于系統(tǒng)工作在野外環(huán)境，所以使用前通過防護(hù)箱對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行封裝，節(jié)點(diǎn)實(shí)物和封裝如圖3所示.

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖3 節(jié)點(diǎn)實(shí)物與節(jié)點(diǎn)電路封裝圖

2.2 傳感器模塊

光照強(qiáng)度采集模塊采用的主要元件是BH1750FVI.BH1750FVI是一種用于兩線式串行總線接口的16位數(shù)字型光照強(qiáng)度傳感器.它具有較高的分辨率，可以測(cè)量較大變化范圍的光照強(qiáng)度.

溫濕度采集采用SHTxx系列單芯片溫濕度復(fù)合傳感器，該傳感器本身含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出.該傳感器內(nèi)部同時(shí)包括測(cè)溫和測(cè)濕元件，具有14位的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器，和串行接口電路無縫連接.系統(tǒng)采用的是SHT11溫濕度傳感器測(cè)量森林溫濕度，SHT11通過內(nèi)部的測(cè)溫和測(cè)濕元件產(chǎn)生溫濕度信號(hào)，經(jīng)過放大，送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò).

2.3 無線通信模塊

無線射頻收發(fā)芯片nRF905工作于433MHz的ISM頻段.該芯片內(nèi)部含有功率放大器、頻率合成器、調(diào)制器和晶體振蕩器等功能模塊.芯片的通信頻道和輸出功率可以通過編寫軟件程序自行修改，采用曼徹斯特格式進(jìn)行編碼和解碼.nRF905在和微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸式通過SPI接口實(shí)現(xiàn)，nRF905具有ShockBurstTM發(fā)送和接收兩種工作模式，以及關(guān)機(jī)和空閑兩種節(jié)能模式.

3 無線自組網(wǎng)過程

3.1 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)及功能

無線自組網(wǎng)協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)分為四層，由下至上分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層［5］.協(xié)議棧的各層主要功能如下:

協(xié)議棧的最底層叫做物理層，物理層主要完成無線通信模塊與MCU之間的數(shù)據(jù)通信.無線通信模塊的硬件地址匹配、信道監(jiān)測(cè)等操作都是在這一層自動(dòng)完成.本系統(tǒng)通過LPC2148芯片的GPIO口來實(shí)現(xiàn)nRF905的讀寫時(shí)序，從而實(shí)時(shí)讀取傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù).

數(shù)據(jù)鏈路層主要完成對(duì)信道的沖突檢測(cè)和數(shù)據(jù)解析，采用CSMA/CA協(xié)議實(shí)現(xiàn)信道的沖突檢測(cè).每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，若檢測(cè)到信道被占用，則需要隨機(jī)等待一段時(shí)間之后再進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到信道空閑時(shí)才開始發(fā)送數(shù)據(jù)［6］.

網(wǎng)絡(luò)層主要完成無線自組網(wǎng)、路由選擇和維護(hù)等工作.通過該層協(xié)議，本系統(tǒng)可以自動(dòng)完成新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)、路由選擇和路由維護(hù)等操作.

應(yīng)用層主要作用是當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的相應(yīng)協(xié)議添加節(jié)點(diǎn)信息和網(wǎng)絡(luò)信息，然后將這些信息分裝成幀，之后通過無線通信模塊將封裝好的數(shù)據(jù)發(fā)送出去.當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后，首先對(duì)收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，然后根據(jù)數(shù)據(jù)解析的結(jié)果選擇響應(yīng)方式.

3.2 CSMA/CA實(shí)現(xiàn)過程

當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)節(jié)點(diǎn)要同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的可能性會(huì)增大，因此，在無線自組網(wǎng)協(xié)議站數(shù)據(jù)鏈路層中采用了CSMA/CA控制協(xié)議，以減少數(shù)據(jù)分組發(fā)送的沖突，從而提高信道利用率［7］.

通過nRF905無線通信模塊來模擬CSMA/CA協(xié)議的載波監(jiān)聽功能.當(dāng)nRF905無線通信模塊處于接收模式時(shí)，首先監(jiān)聽信道是否有載波，若有則將CD引腳置高，從而有效地避免了發(fā)送方在相同頻率下可能發(fā)生的數(shù)據(jù)沖突.因此，當(dāng)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可以在接收模式下通過檢測(cè)CD引腳的高低來判斷信道的忙閑狀態(tài)［8］.當(dāng)CD引腳為低電平時(shí)，則說明此時(shí)信道空閑，可以發(fā)送數(shù)據(jù);反之，要先隨機(jī)退避一段時(shí)間，之后再次檢測(cè)CD引腳，直到其為低電平時(shí)才向外發(fā)送數(shù)據(jù).

3.3 自組網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用多跳的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)是通過自定義的自組網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn).在自組網(wǎng)協(xié)議中使用不易產(chǎn)生誤碼干擾字符組合0x55和0xAA來表示整個(gè)自定義數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼.當(dāng)接收到新數(shù)據(jù)包后，通過檢查結(jié)束符是否匹配前導(dǎo)碼來判斷接收的新數(shù)據(jù)包是否完整.無線自組網(wǎng)中傳輸?shù)膸愋椭饕?入網(wǎng)請(qǐng)求幀、入網(wǎng)應(yīng)答幀、查詢幀、數(shù)據(jù)幀等幾種類型.其中，幀類型使用一個(gè)字節(jié)來表示的，具體情況如表1所示.

表1 幀類型格式

節(jié)點(diǎn)信息主要包括網(wǎng)絡(luò) ID、節(jié)點(diǎn)地址、網(wǎng)絡(luò)級(jí)別以及當(dāng)前節(jié)點(diǎn)電池電量等.每一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)通過各自的網(wǎng)絡(luò) ID來進(jìn)行區(qū)分，并且各自都可以組建一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò).當(dāng)節(jié)點(diǎn)要向外發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)在數(shù)據(jù)幀中通過攜帶自己的節(jié)點(diǎn)號(hào)來作為數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí).節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)級(jí)別由上一級(jí)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)分配，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池當(dāng)前電量，并將電量信息封裝在數(shù)據(jù)幀中向外發(fā)送.

路由信息主要包括目的節(jié)點(diǎn)地址，下一跳節(jié)點(diǎn)地址，當(dāng)前跳數(shù)以及在傳輸過程中所經(jīng)過的中間節(jié)點(diǎn)地址.當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后，先用自身的節(jié)點(diǎn)地址和接收到該數(shù)據(jù)包中目的地址進(jìn)行比較，然后確定將數(shù)據(jù)接收或者進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā).本系統(tǒng)采用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于多跳模式的，而每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)可能要通過一個(gè)或多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，所以要利用中間節(jié)點(diǎn)地址來記錄已經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)當(dāng)前跳數(shù)來確定下一跳地址.

在傳輸過程中檢測(cè)接收的數(shù)據(jù)包是否發(fā)生錯(cuò)誤是通過校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)的.當(dāng)接收方接收到數(shù)據(jù)包之后，首先對(duì)數(shù)據(jù)包中攜帶的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，然后與其攜帶的校驗(yàn)碼進(jìn)行比較，若一致則處理該數(shù)據(jù)，否則將直接丟棄該數(shù)據(jù)包.

3.4 自組網(wǎng)流程

首先由傳感器節(jié)點(diǎn)通過廣播方式主動(dòng)申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)，然后由匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)組建新的網(wǎng)絡(luò).當(dāng)系統(tǒng)上電初始化后，匯聚節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)進(jìn)入接收狀態(tài)，以等待接收網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他傳感器節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)請(qǐng)求.當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)上電之后會(huì)主動(dòng)向外廣播入網(wǎng)請(qǐng)求幀，并與距離最近已入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，逐跳將入網(wǎng)請(qǐng)求幀傳至匯聚節(jié)點(diǎn)，等待匯聚節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)應(yīng)答.其中，已入網(wǎng)成功的節(jié)點(diǎn)可以接收并轉(zhuǎn)發(fā)其他未入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)請(qǐng)求幀.所以，整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建工作是從匯聚節(jié)點(diǎn)開始，由傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)起，逐級(jí)向下延伸的.

當(dāng)有新節(jié)點(diǎn)要加入已經(jīng)組建成功的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，無線自組織網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)接收新節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)請(qǐng)求，并將其信息添加到匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)信息表中.當(dāng)一個(gè)新節(jié)點(diǎn)要申請(qǐng)入網(wǎng)時(shí)，首先要以廣播形式向外發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀，然后自動(dòng)進(jìn)入接收狀態(tài)，等待相鄰已入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答.在其通訊范圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)都會(huì)接收到該廣播信息.

3.5 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大部分功耗被無線通信模塊占據(jù)，因此需要選擇一種合適的通信協(xié)議及其路由算法、時(shí)間同步算法和睡眠模式調(diào)度策略，來達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)功耗和傳輸延遲的目的，進(jìn)而優(yōu)化資源配置［9-10］.系統(tǒng)采用的通信協(xié)議在傳統(tǒng)的洪流水協(xié)議之上做了部分改進(jìn):在傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包內(nèi)加入了自動(dòng)編號(hào)機(jī)制，每當(dāng)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包之后編號(hào)自動(dòng)增1，同時(shí)建立編號(hào)登記表.當(dāng)匯聚節(jié)點(diǎn)收到新的數(shù)據(jù)包之后首先檢查自身的編號(hào)登記表，如果已經(jīng)收到過該數(shù)據(jù)包則不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，否則先進(jìn)行登記后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā).這種機(jī)制不僅降低了測(cè)量面積大，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)過多造成的網(wǎng)絡(luò)阻塞，還在一定程度上抑制了廣播風(fēng)暴，通暢了網(wǎng)絡(luò)傳輸.

3.6 時(shí)間同步設(shè)計(jì)

在匯聚節(jié)點(diǎn)正確收到數(shù)據(jù)之后，以廣播方式向網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間同步應(yīng)答信號(hào).每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)收到信息后進(jìn)行解析，然后根據(jù)解析內(nèi)容調(diào)整傳感器節(jié)點(diǎn)的定時(shí)器，以便進(jìn)行時(shí)間同步，隨后每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠模式以節(jié)省能耗［11］.從而保證了各個(gè)路由節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間同步，有效的抑制了間隙時(shí)間的疊加，從而降低了網(wǎng)絡(luò)丟包率.

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方式［12-13］，由節(jié)點(diǎn)初始化模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K和數(shù)字顯示模塊等組成.系統(tǒng)的總體軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示，傳感器節(jié)點(diǎn)每經(jīng)過自定義的時(shí)間頻率進(jìn)行采樣，系統(tǒng)默認(rèn)采集時(shí)間是30 min，在每次完成數(shù)據(jù)信息采集后，立即關(guān)閉采集節(jié)點(diǎn)電源，從而減少了功耗，并同時(shí)設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，在定時(shí)時(shí)間內(nèi)向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集的信息數(shù)據(jù)［14-15］.當(dāng)收到匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)來的同步信號(hào)后，傳感器節(jié)點(diǎn)將會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到定時(shí)時(shí)間到后才開始新一輪的數(shù)據(jù)采集.

圖4 系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面使用Fusion Widgets實(shí)時(shí)監(jiān)控圖表形式面向用戶，分別展示溫度、濕度、光照強(qiáng)度3個(gè)生境因子的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)值.歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以列表形式按時(shí)間段選擇顯示采集時(shí)間、溫度、濕度、光照強(qiáng)度4個(gè)信息值.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面如圖5所示，歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)界面如圖6所示.

系統(tǒng)以ArcGIS Server 9.3為GIS二次開發(fā)環(huán)境，通過 WebGIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)展現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息.WebGIS實(shí)現(xiàn)過程中使用Arcgis api for flex進(jìn)行開發(fā).通過BlazeDS技術(shù)從java端獲取數(shù)據(jù)庫(kù)中的節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)信息，包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)是否異常工作，采集時(shí)間、溫度、濕度、光照強(qiáng)度等信息.WebGIS展現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息界面如圖7所示.

圖5 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面

圖6 歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)界面

圖7 WebGⅠS展現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息

5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

5.1 節(jié)點(diǎn)通信距離測(cè)試

通過測(cè)試不同通信距離條件下的誤幀率大小的方式來測(cè)試系統(tǒng)的整體通信質(zhì)量.測(cè)試前先將nRF905的發(fā)射頻率設(shè)置為433 MHz，工作電壓為直流5 V，傳輸速率和發(fā)射功率分別設(shè)置為9 600 bps和10 dBm，其測(cè)試結(jié)果如表2所示.

表2 通信距離與誤幀率記錄結(jié)果

從表2可以看出，在50 m測(cè)量范圍之內(nèi)誤幀率變化不大，一旦超出50 m，誤幀率顯著上升，所以各個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)布置在通信半徑小于50 m的范圍之內(nèi)為最佳選擇.

5.2 網(wǎng)絡(luò)丟包率測(cè)試

實(shí)驗(yàn)中布置了9個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)、4個(gè)路由傳輸節(jié)點(diǎn)和1個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)放置于本地監(jiān)測(cè)站內(nèi)，路由節(jié)點(diǎn)處于傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)之間，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)［16］.每隔10 min傳感器節(jié)點(diǎn)采集一次數(shù)據(jù)，發(fā)送一次數(shù)據(jù)后等待時(shí)間同步信號(hào)進(jìn)入休眠模式.連續(xù)監(jiān)測(cè)10 d，經(jīng)測(cè)試，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平均丟包率為0.66%，因此該系統(tǒng)通信可靠，網(wǎng)絡(luò)丟包測(cè)試結(jié)果如表3所示.

表3 網(wǎng)絡(luò)丟包率測(cè)試結(jié)果

6 結(jié)語

森林生境因子自動(dòng)采集系統(tǒng)通過由SHT11溫濕度傳感器和BH175DFVI光強(qiáng)傳感器組成的傳感器節(jié)點(diǎn)獲取森林溫度、濕度和光照強(qiáng)度，通過路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，由匯聚節(jié)點(diǎn)匯總數(shù)據(jù)，并通過RS232串口通信將監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)站PC，實(shí)現(xiàn)生境因子的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè).研究并實(shí)現(xiàn)了基于nRF905模塊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)與通訊設(shè)計(jì)，并通過供電電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)低功耗傳輸，整個(gè)傳輸過程使用無線傳輸方式，擴(kuò)大了傳輸范圍.最后進(jìn)行了完整的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明測(cè)量結(jié)果可靠，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求.克服了傳統(tǒng)森林信息調(diào)查過程中森林生境因子獲取手段單一、動(dòng)態(tài)變化不及時(shí)、數(shù)據(jù)精度低等缺點(diǎn)，通過軟件處理提高了生境因子的采集速度和測(cè)量精度，并運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，從而提高了該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.

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