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随着微机电、计算机和网络等技术的飞速发展,传感器技术正向着微型化、智能化、集成化的方向发展,产生了无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)。目前,无线传感器网络正向无线测控方向发展。
作为新兴的测控网络技术,无线传感器网络能够自主实现数据采集、融合和传输。无线传感器网络将逻辑上的信息世界与真实的物理世界融合在一起,改变着人与自然的交互方式,从而真正实现“无处不在的计算(普适计算)”模式。
无线传感器网络已经在国防、军事、国民经济各个领域获得广泛应用,尤其在温室环境测量、精准农业、大田灌溉、畜牧养殖、林业等农业相关领域中都有很大的应用前景和推广价值。该技术的深入研究与推广应用将提高我国农业生产的科技含量和综合竞争能力,提高单位面积的劳动生产率和资源产出率,促进高产优质和增收增效,对实现作物生产的可持续发展具有重要意义。
实验室已有基于CAN总线的温室测控系统,实现了温室环境因子(温室气候与营养液组分)的自动检测与自动控制,本文在此基础上进一步研究了无线传感节点及其相应的无线测控系统。主要对无线传感器网络中传感节点的硬件平台进行了分析和研究,从节点的硬件和软件设计方面综合考虑节点的低功耗特性,并提出了相应的节能策略。在研究和分析目前相关的无线传输技术、存储技术、传感技术、嵌入式处理器及电源处理等技术的基础上,结合国内外最新的研究成果,设计了以太阳能供电为主,钮扣电池供电为辅的低功耗可扩展无线传感节点,初步实现了星型拓扑结构的无线测控系统。将测控系统应用在温室环境中,实验结果表明将传感器无线化、网络化能够给农业信息的获取带来更大的便捷,将无线传感器网络应用推广到农业领域具有重大大意义。最后分析实验结果,总结了无线测控系统的不足,提出了后续工作,并对无线传感器网络未来发展做出了总结性、初探性研究。
本论文由中国科学技术大学承担的863子课题“可控环境农业数据采集与自动控制系统研究(编号:2004AA247020)”与“温室无线测控网络关键节点研究与试验示范(编号:2006AA102253)”资助。