基于无线传感器网络的土壤含水率监测系统研究

对土壤含水率进行连续、实时、准确地监测在精细灌溉及高效用水研究中具有重要的意义。针对传统土壤含水率监测中所存在的监测区域面积小、采样率低、布线不便等问题，设计和开发了基于Zigbee的无线传感器网络的农田土壤含水率实时监测系统，研究了田间无线传感器网络对农田土壤含水率信息的采集、传输、存储和处理。主要研究内容如下： (1)设计并建立一个基于Zigbee技术的树型无线传感器网络。该网络由网关节点、路由节点和终端节点构成。终端节点将采集的农田土壤含水率信息通过无线方式或通过路由器转发至网关节点，网关节点将收集的信息通过RS-232串口传送给上位机显示并存储为文本文档。解决了农田远程监测系统田间近距离数据采集部分的无线传输与收集的问题。 (2)以系统的低功耗为出发点建立硬件系统。无线通信模块选择Chipcon公司的集成微处理器、射频模块和其它外围电路的CC2430模块，含水率传感器选择低功耗电缆型土壤含水率传感器FDS-100。设计传感器和终端节点的接口电路。 (3)在Z-Stack协议栈的基础上，开发了网络组建、系统绑定、数据采集、数据传输及数据接收等系统各节点的应用程序，实现数据的采集、传输、接收与存储。在系统的设计中充分利用传感器节点射频芯片CC2430的低功耗休眠模式降低节点能耗，延长了电池寿命及更换周期。 (4)采用VC++6.0设计开发上位机监测系统，实时显示更新农田土壤含水率数据，并进行数据的存储。上位机软件开发包括界面设计和事件响应程序设计，事件响应程序包括串口连接、数据接收、文件创建和数据保存。 (5)实验测试结果表明，该农田监测系统可以实时地监测农田土壤含水率信息。满足农田信息监测过程中对多测点、便捷性等方面的要求，实现了对土壤含水率进行连续、实时、准确地监测的要求。