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随着水资源的日益紧缺和农业机械化的要求,微灌已成为精确农业的一个重要组成部分。由于无线传感器网络(WSN)在许多场合的成功应用,国外已经将WSN技术应用于大范围农业微灌控制系统中,但我国这方面的研究还处于起步阶段。针对农业微灌控制系统的特定场景,研究WSN数据传输的关键技术,对建立精确农业中WSN理论体系及促进我国精确灌溉技术的推广具有重要意义。
通过对微灌技术、无线传感器网络技术、嵌入式技术以及无线网络传输等技术的深入研究,提出了一个基于无线传感器网络的农业微灌监控系统。该系统监测节点采用GAINZ节点作为开发平台同时汇聚节点采用S3C2410作为核心板的嵌入式系统开发。系统重点设计了能量均衡的动态间隔分层路由协议(EHRD)、汇聚节点的嵌入式系统移植并使用3G技术实现远程数据通信以及微灌系统远程监控中心软件设计。监测节点依据GAINZ节点和GOS内核实现了监测节点的软硬件框架,包括监测节点的硬件结构设计和软件设计。汇聚节点依据硬件平台和嵌入式Linux构建了汇聚节点软硬件框架,包括:建立嵌入式系统的交叉编译开发环境,完成Bootloader的移植;完成ARM—Linux操作系统的内核配置和移植。根据应用软件的总体功能,完成3G模块的设计与实现。EHRD充分考虑到农业灌区环境,通过调节层次间隔来动态均衡整个网络能量负载,达到延长网络生命周期的效果。论文最后对远程监控中心软件中界面、网络、数据库管理模块进行设计,完成实测网络构建、数据传输和3G连接功能。
对于所构建的基于无线传感器的农业微灌远程监控系统,经测试表明,能够完成农业微灌区的环境数据采集、传输以及控制,达到实时有效监控的要求和项目初期的技术指标,为农业灌溉提供了有效的节水方法,进而减少了水资源的浪费,解决农业缺水与用水效率不高问题。