用于农田环境监测的无线传感器网络节点的设计与实现

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maradonaargentina
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近年来,随着无线传感技术的日趋成熟和完善,以及节点成本的降低,无线传感器网络在军事、医疗、环境监测等领域展现出了广阔的应用前景。而社会经济不断发展进步,人们对环境质量要求越来越高,对环境监测公共服务能力的需求进一步加大。利用无线传感器网络技术,把大量廉价的低功耗传感器节点部署在监测区域内,通过无线通信方式构成一个多跳的自组织网络系统,实时监测、感知和采集环境信息,可以更加便捷有效地实现对自然环境的监测和管理。  无线传感器网络的节点系统是构成无线传感器网络的基础,承载了无线传感器网络的信息感知、数据处理和网络通信功能。本文通过对无线传感器网络节点技术的研究与探索,针对目前通用节点的限制以及具体的应用需求,设计并实现了一种应用于环境监测的无线传感器网络节点,能够适应不同的环境条件,可以实时监测土壤温度,土壤湿度,土壤PH值,空气温湿度,光合有效辐射等环境因素。  该节点共分为三个部分:主板、电源板和传感器调理板。主板的设计基于MSP430F5438微控制器,能够实现多任务调度,转发传感器数据,调控节点之间以及节点与服务器的通信,并且具有很好的扩展性,可兼容SIM900、JN5139、AT86RF212、G-Mote四种通信模块,可支持GPRS、 ZigBee、C-Mesh等多种通信协议。电源板的设计基于实验室成熟的电源管理技术,利用MSP430F2272实现了太阳能电池最大功率控制、充放电管理、电池电压电流测量、充放电电流测量等功能,最大效率地将太阳能转换为电能为整个系统供电。传感器板集成了多种传感器接口,能够实时处理和存储传感器数据,包括完善的底层驱动和低功耗的数据包传输协议,实现了传感器的即插即用,灵活性高。整个节点采用低功耗设计,低成本,高可靠性,可广泛普及应用。  节点还针对不同的应用环境设计了防静电、防潮、防水、过电压保护、过电流保护等多种防护措施,并进行了实验室可靠性测试。测试结果表明,该节点的防静电放电等级可达到IEC-4,防水等级可达到IP5,对潮湿和低温环境都有一定的适应能力。并且将此节点应用到实际的环境监测系统中,经过长时间的运行观测,该节点性能稳定可靠,能够满足多种监测需求,具有较高的实用价值。
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