基于WSN的作物生长环境信息采集研究
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摘要
在作物生产管理决策中,作物生长的信息获取是极其重要工作。作物生长信息获取的自动化、网络化、智能化是作物信息科学的重要研究方向。随着网络的迅猛发展,集传感器技术、微机电系统技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术和无线通信技术于一体的无线传感器网络就成为当今研究的热点。无线传感器网络是一个多学科交叉的综合性科学研究领域,在众多领域如军事、智能家居、森林保护等方面有着广泛的用途和研究价值,尤其在温室环境测量、精准农业、大田灌溉、畜牧养殖、林业等方面都有广阔的应用前景和推广价值。
本文简介了无线传感器网络在农业应用方面国内外的研究现状,阐述了课题的意义。在深入分析无线传感器网络体系结构的基础上,结合作物生长自然环境信息采集的需求,构建了一个可以对温度、湿度和光照强度等三个基础数据进行自动采集的无线传感器网络,重点在于无线传感器网络的构建。根据所使用的JN5121芯片传感器节点的特点,通过小数点移位和分割整数法对传感器节点测量的温度、湿度数据实现了精度化采集,然后通过模拟实验,分析精度化数据的意义以及无线传感器网络应用于作物生长自然环境中的可行性,为相关研究提供了一个科学的支持。同时,设计并实现了传感器节点与PC机的串口通信,获得的温度、湿度和光照强度数据存入数据库。分析了JN5121芯片传感器节点的局限性,提出研究网络仿真工具NS,阐述了使用网络仿真工具的目的和意义。
It is important to get crop growth information for crop production management decision-making. The automation, networking and intellectualization of crop growth information acquisition in crop information area are significant research direction. With the rapid development of network, the wireless sensor network research which combine the sensor technology, micro-electromechanical systems technology, wireless communication technology, embedded computer technology, distributed information processing technology and wireless communications technologies as one, has become today's research hot field. The wireless sensor network has extensive applications and research values in a lot of fields just like the Military, Smart home, Forest conservation and so on, especially in greenhouse, precision faming, irrigation in farmland, pasturage and breed aquatic agriculture application.
This paper brief introduces the research status at home and abroad of wireless sensor network application in agricultural research field. And the significance of my subject is described. The construction of a wireless sensor network which could automatically monitor the temperature, humidity and light intensity is based on deeply analyzing the architecture of wireless sensor network and combining with the demand of information collection in natural environment of crop growth. The focal point is the construction of the wireless sensor network. According to the characteristics of the JN5121 chip sensor nodes which are used in this research, it implements the precision of temperature data, humidity data and light intensity data which are measured by the sensor nodes by the method of shift of decimal point and dividing the integer. Through some simulation experiments, the significance of the precision of data and the feasibility of wireless sensor network application in natural environment of crop growth information collection are analyzed. Those results of the simulation experiments provide a scientific support for related research. The communication between the PC port and the sensor node has been designed and realized. The temperature data, humidity data and light intensity data are stored in the Database. The limitations of JN5121 chip sensor node are analyzed, and the research of a network simulation tool-NS is put forward,and the significance and purpose of using NS in the wireless sensor network research are described.
本文简介了无线传感器网络在农业应用方面国内外的研究现状,阐述了课题的意义。在深入分析无线传感器网络体系结构的基础上,结合作物生长自然环境信息采集的需求,构建了一个可以对温度、湿度和光照强度等三个基础数据进行自动采集的无线传感器网络,重点在于无线传感器网络的构建。根据所使用的JN5121芯片传感器节点的特点,通过小数点移位和分割整数法对传感器节点测量的温度、湿度数据实现了精度化采集,然后通过模拟实验,分析精度化数据的意义以及无线传感器网络应用于作物生长自然环境中的可行性,为相关研究提供了一个科学的支持。同时,设计并实现了传感器节点与PC机的串口通信,获得的温度、湿度和光照强度数据存入数据库。分析了JN5121芯片传感器节点的局限性,提出研究网络仿真工具NS,阐述了使用网络仿真工具的目的和意义。
It is important to get crop growth information for crop production management decision-making. The automation, networking and intellectualization of crop growth information acquisition in crop information area are significant research direction. With the rapid development of network, the wireless sensor network research which combine the sensor technology, micro-electromechanical systems technology, wireless communication technology, embedded computer technology, distributed information processing technology and wireless communications technologies as one, has become today's research hot field. The wireless sensor network has extensive applications and research values in a lot of fields just like the Military, Smart home, Forest conservation and so on, especially in greenhouse, precision faming, irrigation in farmland, pasturage and breed aquatic agriculture application.
This paper brief introduces the research status at home and abroad of wireless sensor network application in agricultural research field. And the significance of my subject is described. The construction of a wireless sensor network which could automatically monitor the temperature, humidity and light intensity is based on deeply analyzing the architecture of wireless sensor network and combining with the demand of information collection in natural environment of crop growth. The focal point is the construction of the wireless sensor network. According to the characteristics of the JN5121 chip sensor nodes which are used in this research, it implements the precision of temperature data, humidity data and light intensity data which are measured by the sensor nodes by the method of shift of decimal point and dividing the integer. Through some simulation experiments, the significance of the precision of data and the feasibility of wireless sensor network application in natural environment of crop growth information collection are analyzed. Those results of the simulation experiments provide a scientific support for related research. The communication between the PC port and the sensor node has been designed and realized. The temperature data, humidity data and light intensity data are stored in the Database. The limitations of JN5121 chip sensor node are analyzed, and the research of a network simulation tool-NS is put forward,and the significance and purpose of using NS in the wireless sensor network research are described.
引文
[1]任丰原,黄海宁,林闯.无线传感器网络[J].软件学报,2003,14(7)：1282-1290
[2]顾雪琳,李彧.面向应用的无线传感器网络[J].邮电技术设计,2006,1:47-50
[3]乔晓军,张馨,王成,等.无线传感器网络在农业中的应用[J].农业工程学报,2005,21(增刊)：232-234
[4]曾炼成,罗志祥,解志坚.基于无线传感器网络的农田自动节水灌溉系统[J].农业网络信息,2008,11：13-15
[5]梁玉芬.无线传感器网络农业远程监控系统的设计与实现[D].北京交通大学硕士学位论文,北京：北京交通大学,2007
[6]J.M.Kahn, R.H.Katz and K. S. J. Pister.“Mobile Networking for Smart Dust”, ACM/IEEE Intl. Conf. on Mobile Computing and Networking(MobiCom99), Seattle, WA,1999(8):17-19
[7]Pottie G J, Kaiser W J. Wireless intergrated network sensors [J]. Communication of the ACM 2000,43(5):51-58
[8]姚传安.无线温湿度测量传感器网络设计[J].计算机测量与控制,2007,15(2)：165-166,187
[9]王琳.温室无线传感器网络监测系统研究与实现[D].北京邮电大学硕士学位论文,北京：北京邮电大学,2007
[10]罗惠谦,张馨,乔晓军,等.农业无线传感器网络硬件平台的研究与设计[J].微计算机应用,2006,27(5)：534-537
[11]冯友兵,张荣标,谷国栋.无线传感器网络在节水灌溉中的应用研究[J].中国农村水利水电,2007,2：24-26
[12]曹元军,王新忠,杨建全.基于无线传感器网络的农田气象监测系统[J].农机化研究,2008,12：163-165
[13]赵英红.基于GPRS的农业灾情监测系统应用研究[J].湖北农业科学,2008,47(7)：836-837
[14]骆凯,李淼,胡泽林.基于WSN的农业信息远程监控系统的设计与实现[J].自动化与仪器仪表,2008,4：14-17
[15]刘卉,汪懋华,王跃宣,等.基于无线传感器网络的农田土壤温湿度监测系统的设计与开发[J].吉林大学学报,2008,38(3)：604-608
[16]谢洁锐,胡月明,刘才兴,等.大田监测中无线传感器网络的部署[J].现代计算机,2006,231：36-38
[17]蒋鹏.基于无线传感器网络的湿地水环境远程实时监测系统关键技术研究[J].传感技术学报,2007,20(1)：183-186
[18]谭龙.基于无线传感器网络的环境监测系统的设计[J].黑龙江环境通报,2005,29(2)：31-32
[19]丁飞,张西良,胡永光,等.无线传感器网络在环境监测系统中的应用[J].传感器与仪器仪表,2006,22(9-1)：175-177
[20]王春雷,黄玉,柴乔林,等.基于无线传感器网络的火灾监控系统设计与实现[J].计算机工程与设计,2007,28(10)：2320-2322
[21]岳宇君,曾维鲁.基于无线传感器网络的温度监测系统[J].三峡大学学报,2007,29(2)150-152
[22]王冬青.无线传感器网络在环境检测系统中的研究与应用[D].武汉理工大学硕士学位论文,武汉：武汉理工大学,2008
[23]王建毅.野生植物监测无线传感器网络的应用研究[D].江苏大学硕士学位论文,江苏：江苏大学,2007
[24]朱近康.无线传感器网络技术[J].中兴通讯技术,2004,10(增刊)：14-15,20
[25]纪阳,张平.无线传感器网络的体系结构[J].中性通讯技术,2008,11(4)：32-35
[26]魏急波,习勇,施峻武.无线传感器网络的关键技术[J].高新技术纵横,2005,5:56-58
[27]D. Cullar, Estrin, M. Strvastava. Overview of sensor network[J]. Computer,2004, 37(8):41-49
[28]宋德昌.无线传感器网络的结构特性剖析[J].2007,6：32-35
[29]李莉.一种蓝牙无线传感器网络的实现[J].微计算机信息,2006,22(7-2)：246-248
[30]毛飞,蒋挺,周正,等.基于蓝牙的无线传感器网络[J].系统工程与电子技术,2005,27(6)：1142-1144
[31]纪金水.ZigBee无线传感器网络技术在工业自动化监测中的应用[J].工业仪表与自动化装置,2007,3：71-76
[32]柳桂国,应义斌.蓝牙技术在温室环境检测与控制系统中的应用[J].浙江大学学报,2003,29(3)：329-334
[33]杜辉,陈教科.基于蓝牙技术的分布式温室监控系统设计研究[J].自动化仪表,2005,26(3)：19-21,27
[34]王侠.ZigBee无线传感器研究与应用[D].同济大学硕士学位论文,上海：同济大学,2007
[35]范新运,王福豹,任丰原.无线传感器网络的路由协议[J].计算机测量与控制,2005,13(9)：1010-1013
[36]祝晓东,肖四友.ZigBee技术在无线温室数据采集系统中的应用研究[J].计算机系统应用,2007,12：82-85
[37]李强.多个ZigBee监测网络远程监控的实现[J].传感器与仪器仪表,2007,23(3-1)：141-143
[38]段勇,昂志敏,金海红.基于ZigBee技术的森林火灾自动报警系统[J].单片机与嵌入式系统应用,2007,26(4)：49-52
[39]郭世富,马树元,吴平东,等.基于ZigBee技术的无线传感器网络在远程家庭监护系统中的应用研究[J].计算机技术,2006,6：28-30
[40]董亚超.基于ZigBee技术的无线环境监测网络的开发[D].大连理工大学硕士学位论文,大连：大连理工大学,2008
[41]陈祥,薛美盛,王俊,等.基于Zigbee协议的温室环境无线测控系统[J].自动化与仪表,2007,3：39-41,50
[42]赵浩浩,杨铭熙.无线传感器网络安全定向扩散路由协议研究[J].软件导刊,2007,10期：99-100,161
[43]宁亮,马旭东,张志鸿.无线传感器网络SPIN协议的改进及验证[J].传感器与仪器仪表,2008,24(5-1)：130-131,170
[44]范武,李力.无线传感器网络SPIN路由协议改进的方法[J].计算机与现代化,2007,3：93-96
[45]于立娟,李思敏.无线传感器网络LEACH改进算法的设计与仿真[J].光通信研究,2008,5：67-70
[46]顾相平,孙彦景,钱建生.一种改进的无线传感器网络LEACH-ED算法[J].传感技术学报,2008,21(10)：1770-1774
[47]张馨.基于无线网络的农业环境监测控制平台研究开发[D].武汉理工大学硕士学位论文,武汉：武汉理工大学,2006
[48]唐绍忠,蔡焕杰,冯绍元.现代农业与生态节水技术创新与未来研究重点[J].农业工程学报,2004,20(1):1-6
[49]孟臣,李敏.SHT71数字式温湿度传感器原理与应用[J].世界电子元器件,2003,3:66-68
[50]张宏亮.Zigbee软件开发人员指南(基于JENNIC JN5121).北京：北京博讯科技有限公司,2007
[2]顾雪琳,李彧.面向应用的无线传感器网络[J].邮电技术设计,2006,1:47-50
[3]乔晓军,张馨,王成,等.无线传感器网络在农业中的应用[J].农业工程学报,2005,21(增刊)：232-234
[4]曾炼成,罗志祥,解志坚.基于无线传感器网络的农田自动节水灌溉系统[J].农业网络信息,2008,11：13-15
[5]梁玉芬.无线传感器网络农业远程监控系统的设计与实现[D].北京交通大学硕士学位论文,北京：北京交通大学,2007
[6]J.M.Kahn, R.H.Katz and K. S. J. Pister.“Mobile Networking for Smart Dust”, ACM/IEEE Intl. Conf. on Mobile Computing and Networking(MobiCom99), Seattle, WA,1999(8):17-19
[7]Pottie G J, Kaiser W J. Wireless intergrated network sensors [J]. Communication of the ACM 2000,43(5):51-58
[8]姚传安.无线温湿度测量传感器网络设计[J].计算机测量与控制,2007,15(2)：165-166,187
[9]王琳.温室无线传感器网络监测系统研究与实现[D].北京邮电大学硕士学位论文,北京：北京邮电大学,2007
[10]罗惠谦,张馨,乔晓军,等.农业无线传感器网络硬件平台的研究与设计[J].微计算机应用,2006,27(5)：534-537
[11]冯友兵,张荣标,谷国栋.无线传感器网络在节水灌溉中的应用研究[J].中国农村水利水电,2007,2：24-26
[12]曹元军,王新忠,杨建全.基于无线传感器网络的农田气象监测系统[J].农机化研究,2008,12：163-165
[13]赵英红.基于GPRS的农业灾情监测系统应用研究[J].湖北农业科学,2008,47(7)：836-837
[14]骆凯,李淼,胡泽林.基于WSN的农业信息远程监控系统的设计与实现[J].自动化与仪器仪表,2008,4：14-17
[15]刘卉,汪懋华,王跃宣,等.基于无线传感器网络的农田土壤温湿度监测系统的设计与开发[J].吉林大学学报,2008,38(3)：604-608
[16]谢洁锐,胡月明,刘才兴,等.大田监测中无线传感器网络的部署[J].现代计算机,2006,231：36-38
[17]蒋鹏.基于无线传感器网络的湿地水环境远程实时监测系统关键技术研究[J].传感技术学报,2007,20(1)：183-186
[18]谭龙.基于无线传感器网络的环境监测系统的设计[J].黑龙江环境通报,2005,29(2)：31-32
[19]丁飞,张西良,胡永光,等.无线传感器网络在环境监测系统中的应用[J].传感器与仪器仪表,2006,22(9-1)：175-177
[20]王春雷,黄玉,柴乔林,等.基于无线传感器网络的火灾监控系统设计与实现[J].计算机工程与设计,2007,28(10)：2320-2322
[21]岳宇君,曾维鲁.基于无线传感器网络的温度监测系统[J].三峡大学学报,2007,29(2)150-152
[22]王冬青.无线传感器网络在环境检测系统中的研究与应用[D].武汉理工大学硕士学位论文,武汉：武汉理工大学,2008
[23]王建毅.野生植物监测无线传感器网络的应用研究[D].江苏大学硕士学位论文,江苏：江苏大学,2007
[24]朱近康.无线传感器网络技术[J].中兴通讯技术,2004,10(增刊)：14-15,20
[25]纪阳,张平.无线传感器网络的体系结构[J].中性通讯技术,2008,11(4)：32-35
[26]魏急波,习勇,施峻武.无线传感器网络的关键技术[J].高新技术纵横,2005,5:56-58
[27]D. Cullar, Estrin, M. Strvastava. Overview of sensor network[J]. Computer,2004, 37(8):41-49
[28]宋德昌.无线传感器网络的结构特性剖析[J].2007,6：32-35
[29]李莉.一种蓝牙无线传感器网络的实现[J].微计算机信息,2006,22(7-2)：246-248
[30]毛飞,蒋挺,周正,等.基于蓝牙的无线传感器网络[J].系统工程与电子技术,2005,27(6)：1142-1144
[31]纪金水.ZigBee无线传感器网络技术在工业自动化监测中的应用[J].工业仪表与自动化装置,2007,3：71-76
[32]柳桂国,应义斌.蓝牙技术在温室环境检测与控制系统中的应用[J].浙江大学学报,2003,29(3)：329-334
[33]杜辉,陈教科.基于蓝牙技术的分布式温室监控系统设计研究[J].自动化仪表,2005,26(3)：19-21,27
[34]王侠.ZigBee无线传感器研究与应用[D].同济大学硕士学位论文,上海：同济大学,2007
[35]范新运,王福豹,任丰原.无线传感器网络的路由协议[J].计算机测量与控制,2005,13(9)：1010-1013
[36]祝晓东,肖四友.ZigBee技术在无线温室数据采集系统中的应用研究[J].计算机系统应用,2007,12：82-85
[37]李强.多个ZigBee监测网络远程监控的实现[J].传感器与仪器仪表,2007,23(3-1)：141-143
[38]段勇,昂志敏,金海红.基于ZigBee技术的森林火灾自动报警系统[J].单片机与嵌入式系统应用,2007,26(4)：49-52
[39]郭世富,马树元,吴平东,等.基于ZigBee技术的无线传感器网络在远程家庭监护系统中的应用研究[J].计算机技术,2006,6：28-30
[40]董亚超.基于ZigBee技术的无线环境监测网络的开发[D].大连理工大学硕士学位论文,大连：大连理工大学,2008
[41]陈祥,薛美盛,王俊,等.基于Zigbee协议的温室环境无线测控系统[J].自动化与仪表,2007,3：39-41,50
[42]赵浩浩,杨铭熙.无线传感器网络安全定向扩散路由协议研究[J].软件导刊,2007,10期：99-100,161
[43]宁亮,马旭东,张志鸿.无线传感器网络SPIN协议的改进及验证[J].传感器与仪器仪表,2008,24(5-1)：130-131,170
[44]范武,李力.无线传感器网络SPIN路由协议改进的方法[J].计算机与现代化,2007,3：93-96
[45]于立娟,李思敏.无线传感器网络LEACH改进算法的设计与仿真[J].光通信研究,2008,5：67-70
[46]顾相平,孙彦景,钱建生.一种改进的无线传感器网络LEACH-ED算法[J].传感技术学报,2008,21(10)：1770-1774
[47]张馨.基于无线网络的农业环境监测控制平台研究开发[D].武汉理工大学硕士学位论文,武汉：武汉理工大学,2006
[48]唐绍忠,蔡焕杰,冯绍元.现代农业与生态节水技术创新与未来研究重点[J].农业工程学报,2004,20(1):1-6
[49]孟臣,李敏.SHT71数字式温湿度传感器原理与应用[J].世界电子元器件,2003,3:66-68
[50]张宏亮.Zigbee软件开发人员指南(基于JENNIC JN5121).北京：北京博讯科技有限公司,2007
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