基于WSN的大区域农田土壤远程监测系统设计

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1、2015年9月农机化研究第9期基于WSN的大区域农田土壤远程监测系统设计11，221蔡文科，俞阿龙，李将，施赛杰(1．宁夏大学物理电气信息学院，银川750021;2．淮阴师范学院物理与电子电气工程学院，江苏淮安223300)摘要:为满足现代农业对大区域农田土壤的监测需要，设计了一套基于ZigBee和WCDMA技术的远程监测系统。该系统利用CC2530核心芯片组建农田内节点间ZigBee网络，使用DTU通过WCDMA的3G上网方式进行远程数据传输，采用太阳能供电。该设计利用LabVIEW开发上位机软件并进行Web发布，可对大区域

2、农田土壤温2度、湿度、pH值和电导率远程实时监测和多终端可视化显示。实验结果表明:该系统在划定的40000m试验田内，运行稳定，界面友好，使用方便，满足现代农业监测要求。关键词:土壤监测;ZigBee;WCDMA;无线传感网络;太阳能;LabVIEW中图分类号:TP274;S151．9文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)09－0077－06DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.017布使得外网用户能实时访问。经测试，系统运行稳定0引言可靠。我国是传统农业大国，目前正处于从传统农业向

3、1总体设计方案现代农业过渡的进程当中，急需用现代科学技术进行装备与改造。大田种植物联网是物联网技术在产前本设计是基于大区域农田土壤监测的实际需要进农田管理、产中农情监测及产后农机调度等领域的具行设计的。系统主要由传感器节点、协调器、WCDMA［1］体应用。土壤是农作物赖以生存和生长的物质基终端、上位机监测中心等部分组成，系统总体结构如础，土壤相关参数是影响农作物生长的关键因素。因图1所示。此，在大力发展现代农业的同时，研究新型大区域农田土壤远程监测系统，获取长期、稳定的土壤数据，为大区域农业生产决策提供可靠的数据来源具有重要意

4、义。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗和低成本的无线通信技术，工作在2．4GHz的ISM频段上，［2－3］主要用于短距离无线传输。WCDMA是由欧洲提出的第三代移动通信技术，支持高速数据传输，支持异步和同步的基站运行方式，组网方便灵活，可实现［4］长距离数据传输。本研究针对目前有线数据采集方式布线难、成本高、移动性差等缺点，设计了一套基于ZigBee和WCDMA技术及利用太阳能供电的远程监测系统，旨在实现大区域农田土壤温度、湿度、pH值和电导率4个参数的在线测量和无线传输，并在上图1系统总体结构图Fig．1Syst

5、emstructure位机软件上进行数据的实时显示和处理，通过Web发系统采用太阳能电池供电方式，使用蓄电池存储收稿日期:2014－09－02电能，通过太阳能电源控制模块为各节点提供所需电基金项目:国家自然科学基金项目(61350008);江苏省高校产业化推能，维持系统的正常运行。传感器组采集土壤温度、进项目(JHB2012－55)作者简介:蔡文科(1992－)，男，江苏涟水人，硕士研究生，(E－mail)湿度、pH值和电导率数据，发送给以CC2530模块为winkeycai@foxmail．com。核心的ZigBee无线传感

6、网络终端节点的模数转换接通讯作者:俞阿龙(1964－)，男，江苏高邮人，教授，硕士生导师，(E－mail)yal@hytc．edu．cn。口，终端节点将采集到的数据发送给协调器;协调器·77·2015年9月农机化研究第9期通过ＲS232串口通信与WCDMA终端连接，将轮流采4)电导率传感器:选用上海陆基公司E－113－02集到的各传感节点数据发送给WCDMA终端;WCD-－t型电导率传感器，电导范围10～2000μs/cm，适合MA终端通过3G无线通信网络将数据实时发送到远各种土质;分辨率为1μs/cm，5～35℃内温度自动补

7、程监测中心，监测中心对收到的数据进行处理、显示偿;耐腐蚀好，适合长期进行土壤测量。并进行Web发布;外网用户可通过互联网实时访问。2系统硬件设计2．1终端节点硬件设计终端节点是组成无线传感网络的基本单元，用于采集各采集点土壤参数信息，并将数据通过无线发送给协调器。农田土壤监测节点的硬件框图如图2所示。图3温度、湿度、PH值、电导率传感器实物Fig．3Sensorphysicalmap2．1．2CC2530模块农田土壤监测节点选用TI公司的高性能CC2530图2终端节点硬件框图芯片作为射频模块，采集并传送土壤数据。CC2530F

8、ig．2TerminalnodehardwarestructureTM应用了业界领先的Z－Stack协议栈，提供了一套解2．1．1传感器模块［7］决ZigBee网络的完整方案。CC2530集成了ＲF前土壤温度决定作物生长环境，土壤水分是作物水端、高灵敏度的接收器、8kBＲAM