[01615900]基于无线传感器网络的农田环境监测系统研发

利用无线传感器网络技术,获取农作物生长环境参数的差异是精准农业实施的有效手段。针对农田覆盖面积大,传感器节点存在能量、存储空间受限等问题,对传感器节点部署和数据融合等关键技术进行研究,解决了无线传感器网络能量、存储空间受限等问题。将无线传感器网络节点以最优的方式部署在农田覆盖面积中,通过协作监测、感知和采集分布区域内的各种农作物生长环境对象信息;并对这些信息进行压缩、融合处理,获得详尽而准确的信息并传送给感兴趣的决策者。本项目采用分层次设计,多个网络体系协同工作的思路,研发实现了一个基于无线传感器网络的农田环境监测系统,降低生产成本,提高农产品产量、质量,提高环境效益。本项目的技术工作和指标主要包括： 1) 一种新的传感器节点部署方法,该方法在预部署的基础上,采用克里金插值算法对节点的数据进行估计,利用贪婪算法估计误差最小的节点,删除估计的节点,达到减少节点个数的目的。相比较传统的三角形、方形和正六边形部署方法,利用克里金预测和贪婪算法可以减少10%-20%节点部署的个数。 2)一种新的无线传感器网络数据收集方法,该方法在传感器数据稀疏特性的基础上,利用“分簇压缩感知方法”压缩数据,降低通信能耗;根据传感器数据区域平滑特性,采用总体差分和数据排序方法精确重构压缩的传感器数据,解决无线传感器网络数据收集有效性与通信能耗之间的矛盾。 3) 设计充电电池供电的传感器节点和基于STM32的网关,设计基于无线传感器网络的农田环境监测系统。该系统达到的技术指标：监测网络系统能稳定、准确获取100亩左右农田（旱地）区域的土壤湿度、空气温湿度、光照等参数;网络响应时间＜5s,土壤湿度传感器,湿度测量精度≤5%;空气温湿度传感器,温度测量范围：0～50℃, 湿度测量精度≤8%RH;光照强度参数测量精度≤7%。 4)将一个单位的农田进行微型化,设计模拟农田环境监控的“微系统”,此系统由传感器监测节点、控制节点、风扇、LED灯、滴灌和水泵组成,“微系统”长120cm、宽80cm、高90cm。微系统有利于对农作物生长特性长期监测研究。 5) 开发嵌入式Web服务器和专家系统平台。在此平台的基础上用户可以利用移动终端（手机、平板电脑等）通过“IE浏览器”或“微信”查询监测区域的环境参数及数据曲线图。根据这些环境参数,借助专家系统辅助决策,控制设备对象（例如喷灌）开关,实现精准灌溉。开发的系统能使农业决策者足不出户,利用智能终端实现远程监控,使农作物生长环境处于最佳状态,实现真正意义的智能监控。