基于无线传感器网络的粮虫声信号采集系统设计.pdf

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1、第26卷2010钲第6期6月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVr01．26No．6Jun．2010181基于无线传感器网络的粮虫声信号采集系统设计韩安太1’2，何勇1，李剑锋2陈志强2，孙延伟2(1．浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州310029；2．中国计量学院电工与电子技术研究所，杭州310018)摘要：为了解决现有储粮害虫声信号采集系统存在的扩展性差、智能化程度不高、性价比较低、灵活性不强、数据传输能力较弱等问题，该文分析了现有储粮害虫声信号采集系统存在的局限性

2、，在此基础上，利用无线传感器网络和压缩感知技术，设计了一种新型储粮害虫声信号采集系统，给出了系统结构和软硬件实现方法，并将其用于采集储粮罐内赤拟谷盗成虫的爬行声。试验结果表明，系统设计方案合理可行，且由于使用了压缩感知技术，在采样频率为10KHz的情况下，可实现20个采集节点所产生的声信号原始采样数据的远程、实时、可靠无线传输。该研究为无线传感器网络在储粮害虫防治中的应用做出了探索。关键词：声信号处理，无线网络，传感器，储根害虫，压缩感知，节点doi-10．3969(i．issn．1002—68

3、19．2010．06．032中图分类号：TP273+．5，S126文献标识码：A文章编号：1002-6819(2010)一06—0181-07韩安太，何勇，李剑锋，等．基于无线传惑器网络的粮虫声信号采集系统设计[J]．农业工程学报，2010，26(6)：181—187．HartAntai，HeYong，LiJianfeng，eta1．DesignofacousticsignalacquisitionsystemofstoredgrainpestsbasedOilwirelesssensornet

4、works[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(6)：181—187．(inChinesewithEnglishabstract)0引言实际使用时的安装、维护工作量。通过采集、记录、分析害虫在粮堆生态系统中的活动声音(进食、爬行、交配、告警讯号等)，可掌握害虫种类、数量、发展阶段、对粮食危害程度等信息，为害虫早期发现、定位和防治等工作提供科学依据；这种储粮害虫声检测技术il‘2】具有高效、简单、快速、价廉、灵敏度高等特点，近20年来一直是昆虫声学、粮虫防治等领域的研

5、究热点p。5j。然而，随着粮仓规模扩大和储粮害虫声检测技术理论研究的深入，现有储粮害虫声信号采集系统表现出以下局限性：1)现有系统各部分采用有线电缆连接，当空间跨度较大、采集点数较多、采集点位置变动时，将造成布线、供电、维护困难、成本急剧增加、可靠性降低州；2)害虫活动声信号易受到多种因素影响且缺乏有效的噪声识别办法，而现有系统采集的少量声信号特征参数(如声脉冲个数等)难以完全反映害虫在粮堆中的实际活动情况¨J。针对上述局限性，结合理论研究和工程实践2方面的需求，基于无线传感器网络【8】和压缩感

6、知19】技术，本文对现有储粮害虫声信号采集系统进行了改进，使之既可实现储粮害虫声信号的分布式、密集采集，又可实现较大流量声信号测量数据的实时、远程、可靠传输，同时，由于改进了系统互连方式，增加了系统灵活性，减少了收稿日期：2010-04-07修订日期：20104)6-06基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)项目(2006AAl02234)；国家科技支撑项目(2006BADl0A0902)作者简介：韩安太(1975～)，男，山西晋城人，副教授。博士，主要从事农业信息化、无线传感器网络

7、、智簏传感器设计等研究。杭州浙江大学生物系统工程与食品科学学院，310029。Email：amai．hart@gmail．c帆1需求分析及方案对比1．1设计需求理论研究和工程实践2方面对现有储粮害虫声信号采集系统提出如下新需求：1)在空间跨度较大的粮仓中实现多点分布式采集，对同一采集点使用多个传感器进行密集采集；2)能够远程、实时传输声信号特征参数，按需传输声信号完整测量数据；3)提高系统性价比、可靠性，增加系统灵活性、使用范围；4)减少布线、供电、安装、维护等工作量。1．2方案对比现有储粮害虫

8、声信号采集系统的基本结构如图I所示。声音L-信模微处l传感器r号数理器调理转及周声音电换边电器路I传感器广¨路t机图1现有储粮害虫声信号采集系统Fig．1Existingacousticsignalacquisitionsystemofstoredgrainpests图1系统中的主机通过0．1～10rla长电缆连接l～8个声音传感器，只能实现小范围内储粮害虫声信号采集；由于声信号采集将产生较大数据流量，而主机处理、存储能力相对有限，因此，主机一般仅计算少量声信号特征参数，并通过RS232串行接口