智能灌溉系统的无线传感器网络设计

摘要

二十一世纪水已成为一种稀缺资源,水资源问题已不仅仅是简单的资源问题,更是关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。目前国内用于农业灌溉的水资源浪费非常严重,因此,在农业灌溉中引用无线传感器网络(WSN)技术,实时监测农作物生长的土壤墒情和外部环境,通过监测数据指导农业生产,结合智能灌溉技术实现定时、定量的精准灌溉,可以大幅度节省农业生产中生产资料的消耗,提高水资源利用率,缓解水资源紧张问题。
　　 本文通过分析国内外智能灌溉系统中无线传感器网络技术的应用成果,并结合我国的基本国情,给出了智能灌溉系统的无线传感器网络的总体设计。智能灌溉系统的无线传感器网络设计采用了由子节点、汇聚节点和主节点组成的网络结构。节点采用多种传感器与无线通信技术相结合的方案,实现了系统数据采集、传感器组网、数据无线传输、网络数据管理和监控,为智能灌溉系统的精准灌溉提供平台。系统节点之间的通信,采用分层路由通信协议中的PEGASIS协议与TDMA时分多址通信协议相结合的技术,充分利用PEGASIS分层聚类协议中簇的概念,选择最优的节点数据传输链路,减少通信开销与突发事件的发生。采用PEGASIS协议中分群路由的思想把整个网络细化为很多子网路,节点使用功耗等级划分的方式进行联网和组网,进一步提高网络运行的稳定性和可靠性,大大降低网络通信带来的能量消耗,延长网络的使用寿命。为了实现上述的网络节点与节点通信协议设计,本文使用Atmega48微控制器与RF芯片CC1101作为主要部件,搭建了无线传感器网络的网络通信硬件平台,并详细介绍了平台的设计方法、工作性能和无线网络的实现,该平台功耗低、传输距离远、通信参数可编程控制且支持多种通信协议和调制方式,符合无线传感器网络的设计要求。最后本文对系统硬件与软件设计做了全方位的测试,通过不断的测试和改进,系统数据采集准确、通信能量消耗低、网络运行稳定,为智能灌溉系统提供了可靠的监测数据,实现了系统的设计目标。