[发明专利]一种无线传感器网络节点设备及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及适于农田信息采集的无线传感器网络节点设备及控制方法。

背景技术

精准农业是近年来国际上农业科学研究的热点领域之一。精准农业的含义就是按照田间每一操作单元的具体条件，精细准确地调整土壤和作物管理措施，最大限度地优化各项农业投入，以获取最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境，保护土地等农业自然资源。精准农业是现有农业生产措施与新近发展的高新技术的有机结合。目前精准农业主要从两个方面进行，一是基于传感器技术的精准农业；二是基于地理信息系统(Geographic Information System，GIS)、全球卫星定位系统(Global Positioning System，GPS)、遥感技术(Remote Sensing，RS)和计算机自动控制系统的精准农业，也就是所谓的基于“3S”的精准农业。目前，基于管理对象的不同，采用的技术基础各异。但无论其基于的技术如何，实现对农田土壤信息的准确获取，是实施精准农业的关键。

精准农业的本质是根据收集到的土壤作物空间变异信息，在生产中针对地块的具体情况确定出相应的农业措施。由于田间气候、种植作物的影响，土壤特征实时都在变化。准确了解土壤特征的变化，不但有利于有针对性地浇灌，施肥，而且对防止土质变坏、农业科研建模等都有很大的推动作用。

当前，农田土壤信息获取的主要方式有：手持设备的人工获取方式、基于通用分组无线业务(General Packet Radio Service，GPRS)监测方式。利用手持设备人工打点，来获取农田土壤信息是最原始的方式，该方式不但需要耗费大量的人力而且不具有实时性，且数据的获取量有限，显然已不能满足当前对农田土壤信息的需求。GPRS作为一种先进的无线移动通信技术，具有数据传输快、永远在线和信号覆盖广等特点。基于GPRS的土壤监测技术是通过将土壤传感器和GPRS通信模块直接相连，利用移动通信运行商的GPRS网络，将农田土壤数据发送到指定数据服务器。该方式的优点在于节点布置灵活，地域局限性较小。但是，GPRS通信设备电源消耗和体积都很大，这样一方面不可能实现高密度大范围的采样，另一方面，对农田原有生态环境也会造成较大的人为影响。

基于无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)的监测网络，采用大量微型的无线传感器节点作为土壤感知终端，节点通过相互协作的方式完成农田土壤数据采集。节点采用干电池供电，体积微小，功耗极低，且具有较好的智能处理能力，一次布设后，几乎不需要维护，非常适合应用于农田土壤信息采集。但是，由于无线传感器网络技术的应用导向性和农田环境条件恶劣、监测周期长、成本要求低等特点，当前并没有适合于农田信息采集用的无线传感器网络节点设备。由于农业的特点，直接移用基于工业或智能家具等背景开发的较成熟的无线传感器网络节点设备，又不能很好地满足农田信息采集的要求和发挥无线传感器网络的技术优势。

农业监测周期长，长期暴露在户外，并且没有电源供给，这就要求农田应用的无线传感器网络一方面要有很高的可靠性和稳定性，另一方面又要有很低的电源功耗，以便在以电池为电源时，可以实现长时间工作。低功耗技术是无线传感器网络技术当前研究的热点，并且也提出了很多方法，但是这些方法大多仅处于计算机仿真阶段，距离实际应用还有很大差距。以当前无线传感器网络技术最成熟的Xbow公司产品为例，Xbow的技术产品虽然有着很好的休眠和唤醒同步性，但是网络传感器节点的同步性会随着监测时间的延长而增大，最终会导致网络出现“死点”。为解决这一问题，Xbow的解决方法是在网络中嵌入大量由太阳能供电的节点，借助于这些不休眠节点实现对网络同步偏差的校正。太阳能设备体积较大，在农田中放置一方面会破坏作物生长环境，另外也会影响农机具作业，显然不合适。正是基于这种情况和当前无线传感器网络技术的发展水平，并结合农业数据需求的特点，我们有针对性地开发了这一款适合农田环境应用的无线传感器网络节点，意义深远。

发明内容

本发明的目的是设计一种适合农田信息采集的无线传感器网络节点设备及控制方法，从而实现对土壤温湿度、土壤电导率、土壤地表光照强度和田间空气温湿度的测量采集。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无线传感器网络节点设备，包括电源、采集数据的传感器、与网络中其它节点设备和管理设备无线通信的无线射频单元，该设备还包括：

传感器接口单元，用于接入若干个传感器，接收所采集的数据；