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无线传感器网络技术已经融入到了人民生活、生产的很多领域,它被列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一,而无线传感器网络的节点是整个传感器网络的支撑平台和应用基础,对其研究与实现是无线传感器网络领域研究的重要内容之一。
本文以无线传感器网络应用于茶园旱情监测为研究背景,在对现有无线传感器网络节点体系结构的研究和分析的基础上,设计了一款适合旱情监测的无线传感器网络节点以及采用本文设计的节点组建了一个适合茶园旱情监测的无线传感器网络。
本文设计的节点以Atmel公司的AVR系列单片机ATmega128L为核心:Nordic公司的nRF905作为无线通信芯片及其外围电路作为无线通信模块;低功耗的非易失性FLASH存储器芯片AT45DB041B和硅序列号芯片DS2401P作为片外扩展IC;SHT11空气温湿度传感器和TDR-3土壤水分传感器及其外围电路作为传感器模块;MAX3232芯片及其外围电路作为与PC通信的串口通信模块。
通过对本设计的节点及其组建的无线传感器网络系统的各方面的性能测试以及试验的结果表明:
1)本文设计的节点具有工作稳定、可靠性强等特点,达到了设计之初所要求的各项指标。
2)本文设计的传感器节点,室内和空旷地带最大有效通信距离分别达到45m和150m。相比Crossbow公司的MicaZ系列节点,室内和室外有效通信距离分别提高了300%和250%。
3)自行设计的后台管理软件运行稳定,解析数据包的错误率在0.1%以内。
4)采用本节点系统能够完成环境温湿度和土壤水分含量的采集和传输的基本功能,系统测试的空气温度和土壤水平含量相对误差最大分别为0.l%和1.8%,自行设计的操作系统、路由协议等可以稳定工作在本节点系统。
5)采用两节容量为1300mAh的AA南孚电池为主模块供电,采用4节容量为2300mAH的品胜充电电池为传感器模块供电,在每30min采集一次数据的情况下,节点主模块的生命周期理论值达到230d,传感器模块的生命周期理论值达到308d;5d实验网络平均丢包率为9.4%。
综上所述,本文设计的节点系统具有良好的适用性,为建立基于茶园旱情监测的无线传感器网络系统奠定了基础。