基于無(wú)線傳感技術(shù)的稻田信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

黃　鶯

(柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州　545616)

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基于無(wú)線傳感技術(shù)的稻田信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

黃鶯

(柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州545616)

摘要：針對(duì)稻田信息監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)、環(huán)境干擾大、采集速度慢、采集方式管理缺乏自動(dòng)管理等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線傳感技術(shù)的稻田信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)，采用Cluster Tree+ AODVjr 路由算法和分簇算法進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)了具有異構(gòu)性能的節(jié)點(diǎn)，配置了不同的天線類(lèi)型，提高數(shù)據(jù)傳輸距離和質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：該系統(tǒng)可以采集稻田的溫度、濕度和土壤含水量，運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)正確傳輸率都在90%以上，空氣溫度、空氣濕度和土壤含水量的相對(duì)誤差分別為0.43%、0.34%和0.73%。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感技術(shù)；稻田信息；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

0引言

合適的溫度、濕度和土壤含水量，對(duì)水稻產(chǎn)量和質(zhì)量有著重要作用，為了提高水稻的產(chǎn)量和效益，需要對(duì)稻田信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)憑借其功耗低、成本低、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，得到廣泛應(yīng)用，但其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用目前未得到重視[1]。在稻田信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，利用大量傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)自組網(wǎng)、多跳方式，實(shí)時(shí)地把溫濕度和土壤含水量等信息發(fā)送到用戶(hù)。在信息傳輸過(guò)程中，大部分采用了全向天線技術(shù)，定向天線技術(shù)也備受關(guān)注[2-4]。針對(duì)稻田信息監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)、環(huán)境干擾大、采集速度慢、采集方式管理缺乏自動(dòng)管理等特點(diǎn)，將無(wú)線傳感技術(shù)應(yīng)用于稻田信息監(jiān)測(cè)中，實(shí)時(shí)采集空氣溫濕度和土壤含水量，采用優(yōu)化策略的分簇算法進(jìn)行組網(wǎng)，并設(shè)計(jì)配有不同類(lèi)型天線且具有不同性能的節(jié)點(diǎn)，以提高傳輸?shù)乃俣取①|(zhì)量、距離，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，并通過(guò)GPRS技術(shù)傳輸?shù)接脩?hù)終端。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

稻田信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由4部分組成，包括傳感器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和用戶(hù)終端(PC機(jī)或手機(jī)終端)。

傳感器節(jié)點(diǎn)具有處理信息的能力，采集稻田中空氣溫濕度和土壤含水量，并通過(guò)無(wú)線技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到簇頭節(jié)點(diǎn)；簇頭節(jié)點(diǎn)融合各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)再發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)最后融合各簇頭節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，通過(guò)有線或無(wú)線的方式把數(shù)據(jù)傳送用戶(hù)終端(包含電腦終端或手機(jī)終端)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，具體如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成框圖

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1傳感器節(jié)點(diǎn)

傳感器節(jié)點(diǎn)由單片機(jī)模塊、傳感器模塊、信號(hào)處理模塊、無(wú)線通信模塊和供電模塊組成，如圖2所示。傳感器節(jié)點(diǎn)布置在田間的監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，利用傳感器模塊采集空氣溫濕度和土壤含水量，經(jīng)信號(hào)處理模塊調(diào)理后送入單片機(jī)模塊處理，定期地通過(guò)無(wú)線通信模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送到簇頭節(jié)點(diǎn)。采用太陽(yáng)能電池板供電的主要是為了不用頻繁更換電池，同時(shí)，在發(fā)射器的輸出端和發(fā)射天線之間增加一個(gè)功率放大器以提高傳感器節(jié)點(diǎn)的通信距離。

圖2　傳感器節(jié)點(diǎn)組成框圖

微處理器采用的是MSP430系列處理器芯片MSP430F5438A，具有256K Flash和16K RAM，集成16通道12位AD輸入、12路外部采樣、支持多種低功耗模式LPM。無(wú)線通信模塊均采用射頻收發(fā)芯片nRF905，具有433/868/915 MHz 3種頻率及抗干擾能力強(qiáng)、功耗低傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。溫濕度傳感器采用的溫度精度±0.5℃、相對(duì)濕度精度±3%，體積含水率為±2%的數(shù)字溫濕度傳感器AM2301[5]。土壤含水量傳感器采用美國(guó)Decagon 公司的ECH2O系列電容型土壤含水率傳感器EC-5，量程為0～100%土壤體積含水率，測(cè)量準(zhǔn)確度±2%，分辨率達(dá)到0.001m3/m3[6]。

2.2簇頭節(jié)點(diǎn)

在網(wǎng)絡(luò)的前半周期，由于采用Cluster Tree+ AODVjr 路由算法，RN+節(jié)點(diǎn)執(zhí)行AODVjr路由協(xié)議，找到一條最短路徑，而可節(jié)省能量；在網(wǎng)絡(luò)的后半周期，即當(dāng)RN+節(jié)點(diǎn)全部退化為RN-節(jié)點(diǎn)后，簇頭節(jié)點(diǎn)將由RN+節(jié)點(diǎn)和RN-節(jié)點(diǎn)擔(dān)任，要求簇頭有較強(qiáng)的處理和運(yùn)算能力用于接收和轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

2.3協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集各個(gè)簇頭發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合后，并通過(guò)它發(fā)送到網(wǎng)關(guān)或用戶(hù)終端，是用戶(hù)與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的橋梁。為了能保證其與所有簇頭遠(yuǎn)距離通信的質(zhì)量，在協(xié)調(diào)器上安裝定向天線，并使用數(shù)字陀螺儀精確控制其旋轉(zhuǎn)方向，具備有多方位接收和定向發(fā)送的重功能，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.4天線配置設(shè)計(jì)

全向天線以其360°水平輻射特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)多的無(wú)線通信系統(tǒng)中，能有效接收所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，并且不受節(jié)點(diǎn)水平轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，安裝和管理極其方便。而定向天線能把能量集中、增益高、方向性好，多被應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信系統(tǒng)中。由于定向天線能量集中，抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)、傳送效率高、可靠性高、傳輸質(zhì)量好，在系統(tǒng)中，不要求布置在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)具有傳輸距離和方向性的規(guī)定，適宜采用全向天線。而簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)并與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，為了保證可靠的通信質(zhì)量，配有定向天線，并使其方向朝向協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器能夠全方位接收所有簇頭的數(shù)據(jù)并具有定向發(fā)送功能，因此配有定向天線，并在數(shù)字陀螺儀模塊的控制下旋轉(zhuǎn)近360°，保證具有可靠的遠(yuǎn)距離通信。

圖3　協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)組成框圖

2.5太陽(yáng)能充電電路

太陽(yáng)能板采用的是8V/800mA的規(guī)格，采用DC-DC交換式轉(zhuǎn)換芯片MC34063，將電壓提升到15V，經(jīng)過(guò)7812芯片輸出+12V供電給數(shù)字陀螺儀模塊和充電保護(hù)電路，再經(jīng)過(guò)7805芯片穩(wěn)壓輸出給微處理器模塊；微處理器模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池的電壓，當(dāng)充電滿(mǎn)后給一個(gè)指令給充電保護(hù)電路，切斷充電，達(dá)到保護(hù)蓄電池作用，具體如圖4所示。

圖4　充電模塊結(jié)構(gòu)圖

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件組成

節(jié)點(diǎn)程序、太陽(yáng)能充電控制程序和數(shù)字陀螺儀控制程序采用C語(yǔ)言完成，是在IAR集成環(huán)境下設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)程序采用的是易語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)。

3.2數(shù)據(jù)傳輸算法

為了使稻田信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能比較理想，并能準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)，需要采用一些優(yōu)化的算法，既能有一條最優(yōu)的傳輸路徑，又能節(jié)省能量，本系統(tǒng)中采用一種混合的算法：前半部分采用了Cluster Tree+ AODVjr 路由算法，后半部分采用優(yōu)化的傳統(tǒng)分簇算法。

在Cluster Tree+ AODVjr 路由算法中將路由節(jié)點(diǎn)分成RN+節(jié)點(diǎn)或RN-節(jié)點(diǎn)，RN+節(jié)點(diǎn)執(zhí)行AODVjr路由協(xié)議，找到一條最短路徑；RN-節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的是Cluster Tree路由算法，判斷本身與目的節(jié)點(diǎn)間的父子關(guān)系，根據(jù)式(1)來(lái)決定是轉(zhuǎn)發(fā)給父節(jié)點(diǎn)還是本身的某個(gè)子節(jié)點(diǎn)，則有

A

(1)

其中，A是自身地址，D是目的節(jié)點(diǎn)地址，Cskip(d-1)是偏移量[9]。

為了消除RN+在路由發(fā)現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生冗余的RREQ分組，設(shè)置允許最大傳輸跳數(shù)、或是設(shè)置每節(jié)節(jié)點(diǎn)的通信半徑，或者根據(jù)公式(1)來(lái)進(jìn)行判定，將RREQ分組發(fā)給子節(jié)點(diǎn)或父節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)。

由于RN+節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)大部分?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸，有可能因?yàn)閭鬏敶罅繑?shù)據(jù)而將自身能量耗盡。為了保證網(wǎng)絡(luò)的良好性能，當(dāng)RN+節(jié)點(diǎn)的能量低于EMR時(shí)，將退化成RN-節(jié)點(diǎn)。EMR由節(jié)點(diǎn)的初始能量E0、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的深度(Depthi)和控制系數(shù)λ(一般取2～4)決定[7]，則有

(2)

當(dāng)RN+節(jié)點(diǎn)全部退化成RN-節(jié)點(diǎn)后，采用傳統(tǒng)分簇算法。為了達(dá)到良好的網(wǎng)絡(luò)性能，承擔(dān)大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇仡^需要不斷重新選擇，以達(dá)到能量均衡。簇頭的更新選舉主要由選舉系數(shù)[8]、邊緣位置[9]、閾值能量[10]3個(gè)因素來(lái)決定。

選舉系數(shù)與網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)n，傳感器節(jié)點(diǎn)每次發(fā)送數(shù)據(jù)消耗的能量Ecm和簇頭消耗能量Ech有關(guān)。選舉系數(shù)為

ε=0.003579n +0.152Ecm-0.0291Ech+0.682

(3)

邊緣位置與監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的面積S、節(jié)點(diǎn)數(shù)量N、簇頭選舉比例p、簇頭的最大通訊半徑RT、最大通訊范圍與半徑之比γ有關(guān)，則

(4)

而閾值能量與簇半徑內(nèi)所有成員節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量Ea、簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)m、節(jié)點(diǎn)剩余能量Eres等有關(guān)[11]，則有

(5)

3.3網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)

節(jié)點(diǎn)安置成功后，上電就進(jìn)行自組開(kāi)成網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)組網(wǎng)過(guò)程由分簇階段、路由建立階段、數(shù)據(jù)傳輸階段及簇頭重選階段等4個(gè)階段組成。

1)分簇階段。在網(wǎng)絡(luò)建立初，按照Z(yǔ)IGBEE組網(wǎng)規(guī)則形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)建立完成進(jìn)行分簇，方法如下：第1個(gè)分簇由協(xié)調(diào)器(cluster0)和其通信半徑范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)組成。協(xié)調(diào)器定期向周?chē)鷱V播，允許其它節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。其它節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，先判定此節(jié)點(diǎn)類(lèi)型是不是協(xié)調(diào)器，如果不是，協(xié)調(diào)器就與此節(jié)點(diǎn)建立鏈路連接。被找到的所有節(jié)點(diǎn)也以一定的通信半徑尋找新的節(jié)點(diǎn)，如果找到新的節(jié)點(diǎn)是cluster0的葉子節(jié)點(diǎn)，則建立新的鏈路，并把其所兄弟保存，并設(shè)置一個(gè)已建簇標(biāo)志；如果不是葉子節(jié)點(diǎn)，由該節(jié)點(diǎn)形成新的簇并成為簇頭，則在其通信半徑內(nèi)繼續(xù)尋找其它節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)建簇標(biāo)志形成新的鏈路。在此期間，如果新找到的節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)有父子關(guān)系，那么簇頭將由父節(jié)點(diǎn)擔(dān)任；如果不是則將有網(wǎng)址地址數(shù)較小的節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇頭，并以此方法，去遍歷其它剩余節(jié)點(diǎn)。在分簇算法中，距離協(xié)調(diào)器跳數(shù)為奇數(shù)的被設(shè)置成RN+節(jié)點(diǎn)，起網(wǎng)關(guān)的作用，跳數(shù)為偶數(shù)的路由器將形成一個(gè)新簇的簇頭，并且被設(shè)置成RN-節(jié)點(diǎn)[12]。簇建立好后，在其通信范圍內(nèi)廣播其成為簇頭的信息，要求簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給它，這些數(shù)據(jù)包括節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址及節(jié)點(diǎn)剩余能量等。

2)路由建立階段。節(jié)點(diǎn)間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，將利用AODVjr路由算法，在網(wǎng)絡(luò)中廣播RREQ分組。RN-節(jié)點(diǎn)根據(jù)公式(1)來(lái)進(jìn)行判定，若滿(mǎn)足公式則屏蔽自身父節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)的地址，只將RREQ分組發(fā)給子節(jié)點(diǎn)。若不滿(mǎn)足公式，則將子節(jié)點(diǎn)地址屏蔽，再RREQ分組發(fā)給自身的父節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)。而RN+在收到RREQ分組先判斷目的節(jié)點(diǎn)是還本節(jié)點(diǎn)的后代節(jié)點(diǎn)；如果是，屏蔽自身父節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)的地址，將RREQ分組發(fā)給子節(jié)點(diǎn)，如果不是，則查看目的節(jié)點(diǎn)是否本簇某成員節(jié)點(diǎn)的后代節(jié)點(diǎn)，如果是，則將RREQ傳給那個(gè)后代節(jié)點(diǎn)是目的節(jié)點(diǎn)的本簇節(jié)點(diǎn)，如果目的節(jié)點(diǎn)與本簇沒(méi)有關(guān)系，則將RREQ傳給父節(jié)點(diǎn)，直到找到目的節(jié)點(diǎn)[7]。

3)數(shù)據(jù)傳輸階段。數(shù)據(jù)將從建立好的路由路徑，傳送到指定的節(jié)點(diǎn)。

4)路由重發(fā)現(xiàn)階段。在保持原路由進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，將不斷檢測(cè)RN+節(jié)點(diǎn)的剩余能量，如果RN+節(jié)點(diǎn)的能量低于EMR，將退化成RN-節(jié)點(diǎn)，當(dāng)所有RN+節(jié)點(diǎn)全部退化成RN-節(jié)點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將重新組網(wǎng)，這一階段采用分簇算法，網(wǎng)絡(luò)將根據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量和成為簇頭的比例，進(jìn)行重新分簇；組網(wǎng)穩(wěn)定后，各個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)成員將數(shù)據(jù)定期地發(fā)送給各自的簇頭，簇頭再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到協(xié)調(diào)器。起初的分簇、數(shù)據(jù)傳輸和LEACH協(xié)議中相同，當(dāng)簇頭的能量滿(mǎn)足式(3)時(shí)將重新選舉簇頭。簇頭更換策略是當(dāng)簇頭的滿(mǎn)足選舉系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)入到簇頭更換，查找簇內(nèi)具有最大剩余能量的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)式(4)找到不處于邊緣位置的節(jié)點(diǎn)。判定其剩余能量是否大于Ea，如果滿(mǎn)足，此節(jié)點(diǎn)成為新的簇頭，并在自身通信范圍內(nèi)廣播成為簇頭的信息；然后再重新分簇，形成新的路由后進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

4系統(tǒng)試驗(yàn)

在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)岑村水稻試驗(yàn)田對(duì)本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率和數(shù)據(jù)丟包率進(jìn)行了測(cè)試。整個(gè)系統(tǒng)由1個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、7個(gè)RN+節(jié)點(diǎn)、4個(gè)RN-節(jié)點(diǎn)及10個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成。網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)后是一個(gè)不均勻的簇，共分成5個(gè)簇，分別安裝在田間不同的區(qū)域。傳感器節(jié)點(diǎn)以30min間隔發(fā)送數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)中心也定期以30min向傳感器發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令；傳感器節(jié)點(diǎn)接收命令后，把自身采集的數(shù)據(jù)向監(jiān)測(cè)中心發(fā)送。傳感器每1次發(fā)送1個(gè)數(shù)據(jù)包，1h發(fā)送1次，每天發(fā)送數(shù)據(jù)包48個(gè)，系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測(cè)24d，總數(shù)據(jù)包為1 152個(gè)，具體如表1所示。

表1　數(shù)據(jù)傳輸情況表

由表1可以看出：10個(gè)節(jié)點(diǎn)中有8個(gè)數(shù)據(jù)傳輸正確率高于90%，節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)10的正確率稍微低點(diǎn)，分別是70.3%和65.8%。由于無(wú)線通信過(guò)程中受田間植被、自然環(huán)境、天線干擾及傳輸損耗等因素影響，正確率不能達(dá)到100%。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)：這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝的位置在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中受田間植被擋住，而且定向天線在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)不到位，經(jīng)過(guò)調(diào)整節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)10的位置和調(diào)整定向天線旋轉(zhuǎn)的角度，正確率都可以達(dá)到90%以上，數(shù)據(jù)傳輸率高，穩(wěn)定且可靠。

系統(tǒng)在實(shí)際稻田情況中進(jìn)行測(cè)試，采集了稻田相關(guān)數(shù)據(jù)，并經(jīng)由路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送到用戶(hù)的終端設(shè)備上顯示和保存。圖5、圖6和圖7分別是5個(gè)簇頭的5個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送回來(lái)的空氣溫度、空氣濕度和土壤含水量的曲線變化圖。

圖5　空氣溫度曲線圖

圖6　空氣濕度曲線圖

圖7　土壤含水量曲線圖

圖5中，節(jié)點(diǎn)3在上午8：30左右，收到一個(gè)偏高的數(shù)據(jù)；圖6中的節(jié)點(diǎn)5在2：00和9：00左右，節(jié)點(diǎn)7在13：00左右和23：00左右也會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)撥動(dòng)過(guò)大。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中受到干擾產(chǎn)生，數(shù)量點(diǎn)不算多。在圖7中，節(jié)點(diǎn)7在8：00之前一直都維持在60%左右，是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)7安裝的位置土壤稍微干燥，8：00時(shí)對(duì)土壤進(jìn)行澆水后，土壤含水量會(huì)明顯升高。此外，采用儀器對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了校對(duì)，空氣溫度、空氣濕度和土壤含水量的相對(duì)誤差分別為0.43%、0.34%和0.73%。

5結(jié)論

設(shè)計(jì)了一款基于無(wú)線傳感技術(shù)的稻田信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合Cluster Tree+ AODVjr 路由算法和分簇算法，采用混合天線技術(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量、速率和距離，并采用了數(shù)字陀螺儀對(duì)定向天線的轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行控制，提高數(shù)據(jù)接收的能力。該系統(tǒng)可以采集稻田的溫度、濕度和土壤含水量，運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)正確傳輸率高、相對(duì)誤差小，滿(mǎn)足系統(tǒng)監(jiān)測(cè)需求。

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Paddy Information Monitoring System Based on Wireless Sensor Technology

Huang Ying

(School of Electronic Technology of Liuzhou Railway Vocational Technical College, Liuzhou 545616，China)

Abstract：In view of the characteristics of long monitoring period, great environmental interference, slow acquisition speed and lack of automated management in the process of farmland environmental data collection，paddy information monitoring system based on wireless sensor technology was designed, designed，used cluster tree + AODVjr routing algorithms and clustering algorithms, design nodes with heterogeneous properties, and different antenna types were configured to improve data transmission distance and quality.It analyzes in details the composition structure, hardware design, software design, and networking process of the proposed system.Experimental data show that the system can collect paddy temperature,humidity and soil moisture,and the system runs stably and the measurements are accurate.Correct data transfer rate of system were higher than 90%, and the relative errors air temperature,air humidity and soil moisture were 0.43%,0.34% and 0.73%.

Key words：Wireless sensor technology; paddy information; monitoring system

文章編號(hào)：1003-188X(2016)07-0167-05

中圖分類(lèi)號(hào)：S24；TP274.5；TP724

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：黃鶯(1980-)，男(壯族)，副教授，(E-mail)18978225815@163.com。

基金項(xiàng)目：廣西高?？蒲许?xiàng)目(KY2015YB474);廣西高校優(yōu)秀中青年骨干教師培養(yǎng)工程項(xiàng)目(桂教人〔2014〕39號(hào))

收稿日期：2015-06-01