农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计
基于无线传感器网络的农田水肥一体化监测系统设计
基于无线传感器网络的农田水肥一体化监测系统设计农田水肥一体化是指在农田管理中，通过科学合理地调节水和肥料的供应，以满足作物生长需要的一种管理方法。
为了实时监测农田的水肥状况，提高农田水肥利用效率，基于无线传感器网络的农田水肥一体化监测系统应运而生。
一、无线传感器网络在农田水肥监测中的应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分散的传感器节点组成的网络系统，能够实时监测和收集各种环境信息，如土壤湿度、土壤温度、土壤养分含量等。
在农田水肥一体化监测中，无线传感器网络可以帮助农民实时监测农田的水肥情况，提供决策支持，优化农田管理。
二、基于无线传感器网络的农田水肥一体化监测系统设计1. 传感器节点设计传感器节点是无线传感器网络中的核心组件。
它通过传感器采集农田的环境信息，并通过网络传输到数据中心进行处理和分析。
传感器节点应具备以下几个关键特性：（1）低功耗：传感器节点应能够长时间工作，因此需要设计低功耗的硬件和软件。
（2）高灵敏度：传感器节点应能够准确地捕捉农田的环境信息，包括土壤湿度、土壤温度、气象数据等。
（3）自组织网络：传感器节点应具备自组织网络功能，能够自动建立和维护网络拓扑结构。
2. 网络通信设计无线传感器网络中的传感器节点间需要进行数据通信，因此需要设计合适的通信协议和路由算法，以确保数据的可靠传输和网络的可扩展性。
在农田水肥监测系统中，可以采用基于无线通信的数据传输方式，如Wi-Fi、LoRa等。
3. 数据处理与分析农田水肥监测系统收集到的数据需要进行处理和分析，以提供农民决策参考。
数据处理和分析可以包括以下几个方面：（1）数据清洗：对采集到的数据进行去噪和异常值处理，保证数据的准确性和可靠性。
（2）数据存储：将处理后的数据存储在数据库中，以方便后续查询和分析。
（3）数据建模：根据农田的环境信息，建立相应的模型，如土壤湿度预测模型、作物生长模型等。
基于无线传感器网络的土壤含水率监测系统设计
息供用户参考 ， ２ ０ ０ ６年葡萄产量 比 ２ ０ ０ ５年翻 １ 倍＿ ２ ］ 。
日本 北 海道 国 家 旱 作 农 业 研 究 所 利 用 无 线 局 域 网建 立 了覆 盖大 型试 验 区域 的信 息 系 统 ， 实 时 监 测 田 间信
息 。 国 内一 些 研 究 院 和 高 校 也 展 开 相 关 研 究 。 刁
类无线通信 节点 ， 分别 是 ： ３个传感器 终端节点 、 １个
路 由节 点 和 １ 个 网关 节 点 。传感 器 节 点 部 署 在 田 间 ， 采集 土 壤 含水 率信 息 并 向路 由节 点 发 送 数 据 ； 路 由 节 点转 发 数据 ； 网关 节 点 进 行 数 据 的 收集 、 存储 、 显 示 以
息采集节点 ， 其采用 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 协议 的无线传感器网络技 术， 结合嵌入式处理器开发无线传感器 网络节 点和汇
收稿 日期 ：２ ０ １ ２ － ０ ３ — ２ ３
基金项 目：“ 十二五 ” 国家科 技支撑 计划 项 目（ ２ ０ １ １ Ｂ Ａ Ｄ ２ ９ Ｂ ０ ８ ） ； 国家 教 育部 、 外专局 １ １ １ 项 目（ Ｂ １ ２ ０ ０ ７ ） 作者简 介：李 鼎（ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 女， 湖北 黄冈人 ， 硕 士研 究 生 ， （ Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ）
中图分类号 ：ｓ ８ １ ８ ． ５ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ３ — １ ８ ８ Ｘ（ ２ ０ １ ３） ０ ３ 一 Ｏ １ ４ Ｏ 一 ０ ５
０ 引 言
在精细灌溉作业 中， 土壤含 水率 （ Ｓ ｏ ｉ ｌ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｎ ． ｔ ｅ ｎ ｔ ， Ｓ ＷＣ ） 是评估作 物需水信息 的一个 重要指标 ， 同
农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计_图文(精)
第2期李震等：农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计 217 [13] 刘卉，汪懋华，王跃宣，等．基于无线传感器网络的土壤温湿度监测系统的设计与开发[J]．吉林大学学报：工学版， 2008，38(3：604－608． Liu Hui, Wang Maohua, Wang Yuexuan, et al. Development of farmland soil moisture and temperature monitoring system based on wireless sensor network[J]. Journal of JilinUniversity :Engineering and Technology Edition, 2008, 38(3: 604－608. (in Chinese with English Abstract [14] 乔晓军，张馨，王成，等．无线传感器网络在农业中的应用[J]．农业工程学报，2005，21(增刊 2：232－234． Qiao Xiaojun, Zhang Xin, Wang Cheng, et al. Application of the wireless sensor networks in agriculture[J]. Transactions of the CSAE, 2005, 21(Supp2: 232－234. (In Chinese with English Abstract [15] Li Z. Development of Wireless sensor net work technology in soil property monitoring[D]. Stillwater, USA: Oklahoma State University, 2009. [16] Decagon Device Inc. ECH2O Probe Operator’ s Manual, Version 5[EB/OL]. /ag_research/ soil/ec5.php, 2006. Design of wireless sensor network system based on in-field soil water content monitoring Li Zhen1,2, Wang Ning2, Hong Tiansheng1※, WenTao1, Liu Zhizhuang1 (1. Key Laboratory of Key Technology on Agricultural Machinery and Equipment of South China Agricultural University, Ministry of Education, Guangzhou 510642, China; 2. Department of Biosystems and Agricultural Engineering, Oklahoma State University, 111 Ag Hall, Stillwater, 74078, USA Abstract: For finding a way to retrieve, transmit and store data in large-scale, full-coverage soil water content monitoring, a wireless sensor network system was developed and tested. The system was composed of ten sensor nodes, one central node to collect data from the sensor nodes and one base node connected to a PC to retrieve, store, and present the data. Soil water contents at four depths, i.e., 5.00, 15.24, 30.48 and 60.96cm below soil surface, were continuously monitored. TinyOS and ZigBee were applied as operation system and communication protocol, respectively. EC-5 low-power and low-cost soil moisture sensor was applied. Solar powering module met the energy requirements of both sensor and central nodes. Packet delivery rate (PDR experiment results indicated that, overall, a stable data transmission was achieved since 7 out of 10 sensor nodes’PDR were higher than 90% and another one was 89.2%. Due to manufacturing imperfection, two sensor nodes’PDR was lower than 70%. This problem was fixed by replacing powering circuits of the two nodes. Key words: precision agriculture, wireless sensor network, soil water content, TinyOS农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计作者：作者单位：李震，Wang Ning，洪添胜，文韬，刘志壮李震(华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室,广州,510642;华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室,广州,510642， Wang Ning,洪添胜,文韬,刘志壮(华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室,广州,510642 农业工程学报 TRANSACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY OF AGRICULTURAL ENGINEERING 2010，26(2 0次刊名：英文刊名：年，卷(期：引用次数：参考文献(16条 1.高峰,俞力,张文安,等.基于作物水分胁迫声发射技术的无线传感器网络精量灌溉系统的初步研究[J].农业工程学报,2008,24(1:6063.Gao Feng,Yu Li,Zhang Wenan,et al.Preliminary study on precision irrigation system based onwireless sensor networks of acoustic emission technique for crop waterstress[J].Transactions of the CSAE,2008,24(1:60-63.(in Chinese with English Abstract 2.Jackson T,Mansfield K Saafi M,et al.Measuring soil temperature and moisture using wireless MEMS sensors[J].Journal of Measurement,2007,41(4:381 -390. 3.Huisman J A,Sperl C,Bouten W,et al.Soil water content measurements at different scales:accuracy of time domain reflectometry and ground-penetrating radar[J].Journal ofHydrology,2001,245(1:48-58 4.Huisman J A.Snepvangers J J J C,Bouten W,etal.Mapping spatial variation in surface soil water content:comparison of ground-penetrating radar and time domain reflectometry[Jl.Journal ofHydrology,2002,269(3:194-207. mbot S,Weihermuller L,Huisman J A,et al.Analysis of air-launched ground-penetrating radar techniques to measure the soil surface water content[J].Water Resource Research,2006,42:W11403. 6.Jackson R D,Kustas WP,Choudhury B J.A reexamination of the crop water stress index[J].Irrigation Science,1988,9(4:309-317. 7.Bindlish R,Borros A P.Multi-frequency soil water inversion from SAR measurements with the use of IEM[J].Remote Sensing Environ,2000,71(1:67-88. 8.Kelleners,T J,Soppe R W O,Ayars J E,et al.Calibration of capacitance probe sensors in a saline silty clay soil[J].Soil Science Society of America Journal,2004,68(5:770-778.9.张振华,蔡焕杰,杨润亚.红外遥感估算春小麦农田土壤含水率的试验研究[J].农业工程学报,2006,22(3:84-87.Zhang Zhenhua,Cai Huanjie,Yang Runya.Experiment on estimating soil moisture content of spring wheat field with infrared remotesensing[J].Transactions of the CSAE,2006,22(3:84-87.(in Chinese with English Abstract 10.王殊,阎毓杰,胡富平,等.无线传感器网络的理论及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007. 11.纪金水.ZigBee无线传感器网络技术在工业自动化中的应用[J].工业仪表与自动化装置,2007,(3:71-76.Ji Jinshui.The application of ZigBee wireless sensor networking to an industrial automatic monitor system[J].Industrial Instrumentation and Automation,2007,(3:71-76.(in Chinese with English Abstract 12.郭世富,马树元,吴平东,等.基于zigsee无线传感器网络的脉搏信号测试系统[J].计算机应用研究,2007,24(4:258-260.Guo Shifu,Ma Shuyuan,Wu Pingdong,et al.Pulse wavemeasurement system based on Zigbee wireless sensor network[J].Application Research of Computers,2007,24(4:258 -260.(In Chinese with English Abstract 13.刘卉,汪懋华,王跃宣,等.基于无线传感器网络的土壤温湿度监测系统的设计与开发[J].吉林大学学报:工学版,2008,38(3:604608.Liu Hui,Wang Maohua,Wang Yuexuan,et al.Development of farmland soil moisture and temperature monitoring system based on wireless sensor network[J].Journal of Jilin University:Engineering and TechnologyEdition,2008,38(3:604608.(in Chinese with English Abstract 14.乔晓军,张馨,王成,等.无线传感器网络在农业中的应用[J].农业工程学报,2005,21(增刊2:232-234.Qiao Xiaojun Zhang Xin,Wang Cheng,et al.Application of the wireless sensor networks in agriculture[J].Transactions of the CSAE,2005,21(Supp2:232234.(In Chinese with English Abstract 15.Li Z.Development of Wireless sensor net work technology in soil property monitoring[D].Stillwater,USA:Oklahoma StateUniversity,2009. 16.Decagon Device Inc.ECH_2O Probe Operator'sManual,Version 5[EB/OL]./ ag_research/ soil/ec5.php,2006. 相似文献(10条 1.期刊论文张喜海.张长利.房俊龙.于啸.梁建权面向精细农业的土壤温度监测传感器节点设计 -农业机械学报2009,40(z1 设计了一种能够监测土壤温度的无线智能传感器节点,硬件系统基于片上系统CC2430和DS18B20进行开发,软件部分包括温度采集和数据传输.实验表明,该节点可以实现土壤温度信息的采集和传输,且结构紧凑、工作稳定和功耗低.节点之间有效通信距离可达80m,误码率为1%左右.可以满足精细农业作业要求,同时也为无线传感器网络通信协议的进一步研究提供了实验平台. 2.期刊论文曾炼成.罗志祥.解志坚.ZENG Lian-cheng.LUO Zhi-xiang.XIE Zhi-jian 基于无线传感器网络的农田自动节水灌溉系统 -农业网络信息2008,""(11 提出了一种基于无线传感器网络的农田自动节水灌溉的构建方案,详细介绍了传感器节点和灌溉控制器的设计.无线传感器网络实时采集、传输传感器数据,灌溉控制器控制灌溉管网,分区域实时灌溉并调节土壤湿度,实现精细农业所要求的时空差异性和水资源高效利用. 3.学位论文范林涛基于Zigbee、GPRS的农田数据获取系统设计与实现 2008 针对当前农业生产的高能耗、低效率、高污染的现状，精细农业的低投入、高效率以及环保特性使其成为农业工程学科前沿性的研究领域之一。
基于无线传感器网络的农田水分监测与自动灌溉系统设计
基于无线传感器网络的农田水分监测与自动灌溉系统设计随着科技的不断进步和农业需求的增加，农田水分监测与自动灌溉系统在现代农业中起着至关重要的作用。
利用无线传感器网络技术可以实现对农田水分状态的实时监测和精确控制，提高水资源利用效率，优化农田灌溉管理。
一、系统设计背景农田水分是农作物生长中最重要的因素之一，合理的水分供应可以保证农作物的正常生长和发育。
传统的农田水分监测与灌溉方法主要依赖于人工测量和灌溉，耗时耗力，且无法实时调整灌溉量。
因此，设计一种基于无线传感器网络的农田水分监测与自动灌溉系统具有重要的现实意义和应用价值。
二、系统设计原理基于无线传感器网络的农田水分监测与自动灌溉系统由若干个传感器节点、数据采集模块、数据处理模块、控制模块和执行模块组成。
传感器节点主要用于感知农田的水分状态，采集得到的数据通过无线通信传输至数据采集模块，并经过数据处理模块进行处理。
控制模块根据数据处理模块的结果，实现对农田灌溉的自动控制，控制执行模块进行相应的操作。
三、系统设计步骤1. 传感器节点部署：根据农田的大小和形状，合理布置传感器节点。
节点应尽量均匀地覆盖整个农田，并避免相互干扰。
2. 数据采集：传感器节点感知农田的水分状态，并将数据采集模块发送的数据采集模块中。
3. 数据处理：数据采集模块将采集到的数据传输至数据处理模块，数据处理模块根据事先设定好的水分阈值，将数据与阈值相比较，判断农田的水分状况，进而进行灌溉控制的决策。
4. 控制模块实现自动灌溉：根据数据处理模块的结果，控制模块通过无线通信传输指令到执行模块，执行模块实现对农田的自动灌溉。
5. 监控与调整：监控农田的水分状态，根据实时数据分析并进行调整，以确保系统的稳定运行和高效灌溉。
四、系统设计考虑因素1. 无线传感器节点的能源管理：由于传感器节点需要长期工作，设计高效的能源管理措施是保证系统长期稳定运行的关键。
2. 数据传输的延迟和可靠性：无线传感器网络的数据传输存在延迟和传输不稳定的问题，需要进行相应的优化和改进，确保数据的准确传递。
基于无线传感器网络的农田精准灌溉系统设计与实现
基于无线传感器网络的农田精准灌溉系统设计与实现无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是一种将分布式传感器节点互连成一个网络，通过无线通信传输数据的技术。
它具有通信可靠、易于部署、低成本等优点，在农田精准灌溉系统中有着广泛的应用前景。
本文将介绍基于无线传感器网络的农田精准灌溉系统的设计与实现。
一、系统设计基于无线传感器网络的农田精准灌溉系统主要由传感器节点、数据采集器、决策控制器和执行器等组成。
1. 传感器节点传感器节点是系统中最基本的组成部分，用于感知农田环境的各种参数，如土壤湿度、温度、光照等。
传感器节点通常由传感器、处理器、无线通信模块和能量供应等组成。
传感器节点将采集到的数据通过无线通信模块传输给数据采集器。
2. 数据采集器数据采集器是系统中负责接收传感器节点传输的数据，并对数据进行处理、存储和分析的设备。
数据采集器可以连接多个传感器节点，通过无线通信接收来自不同节点的数据，并将其传输给决策控制器。
3. 决策控制器决策控制器根据采集到的数据进行决策，判断农田的灌溉需求，并生成相应的控制策略。
决策控制器根据预定的灌溉规则和农田的实际情况，控制执行器的工作。
4. 执行器执行器是根据决策控制器的指示，执行相应的操作，控制农田的灌溉。
执行器通常是通过水泵控制灌溉设备的开关，使水流根据需要注入到农田中。
二、系统实现1. 传感器节点的设计传感器节点的设计需要考虑数据采集的准确性和能量消耗的问题。
选择合适的传感器和处理器，使得传感器节点能够准确采集土壤湿度、温度和光照等参数，并实现低能耗的工作模式。
同时，传感器节点还需要具备无线通信的能力，能够与数据采集器进行数据传输。
2. 数据采集器的实现数据采集器需要具备较大的存储容量和处理能力，能够接收来自传感器节点的数据，并进行实时处理和存储。
数据采集器可以使用主流的嵌入式系统或计算机进行实现，保证系统的可靠性和稳定性。
3. 决策控制器的开发决策控制器的开发需要根据农田灌溉的规则和策略进行设计。
基于无线传感器网络的农田灌溉系统设计
基于无线传感器网络的农田灌溉系统设计农田灌溉是农业生产中至关重要的一环，传统的灌溉方式存在许多问题，如水资源浪费、能源消耗过高等。
随着科技的进步，无线传感器网络技术被广泛应用于农田灌溉系统的设计中，为农业生产带来了许多便利和效益。
一、无线传感器网络简介无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量分布在待测区域的传感器节点组成，通过无线通信相互连接起来完成数据的采集、处理和传输。
传感器节点通常具有微型传感器、微处理器、通信模块以及能量供应装置。
二、农田灌溉系统设计方案1. 传感器节点布设通过合理布设传感器节点，可以实时监测土壤湿度、温度、光照强度等信息，为农田灌溉决策提供准确的数据支持。
传感器节点应当均匀分布在农田中，以保证获取全面的农田信息。
2. 数据传输传感器节点采集到的数据需要通过无线传输方式发送到中心节点进行处理分析。
可以选择无线局域网（Wi-Fi）、ZigBee、LoRa等无线通信技术，根据农田的具体情况和传输距离选择适合的通信方式。
3. 数据处理与分析中心节点接收到传感器节点传输的数据后，需要通过数据处理算法对数据进行分析，实时监测土壤湿度变化并预测未来的需水量。
通过与农作物需水量的对比，制定合理的灌溉计划，提高灌溉水的利用效率。
4. 控制执行机构农田灌溉系统中的执行机构包括水源供应系统、水管和灌溉工具等。
将数据处理结果与执行机构相连接，可以实时监控灌溉过程，并根据实际情况进行调整。
比如，根据数据分析结果，可以控制灌溉工具的开启与关闭，从而实现节水灌溉。
三、基于无线传感器网络的农田灌溉系统的优势1. 实时监测和智能决策通过无线传感器网络，农田条件可以实时监测，及时掌握土壤湿度、光照强度等信息。
并通过数据处理与分析，制定科学合理的灌溉策略，减少浪费，提高农田的水资源利用效率。
2. 省时省力，并减少手动操作无线传感器网络的使用使得农田灌溉系统实现了自动化，减少了人力资源的需求，农民可以更好地利用时间和精力进行其他农事活动。
基于无线传感器网络和物联网的智慧农业土壤监测与管理系统设计
基于无线传感器网络和物联网的智慧农业土壤监测与管理系统设计智慧农业在近年来得到了广泛的关注和应用。
其中，土壤监测与管理系统是实现智慧农业的关键技术之一。
基于无线传感器网络和物联网的智慧农业土壤监测与管理系统设计正是为了解决传统农业中土壤监测和管理的问题而提出的一种新方法。
本文将介绍该系统的设计原理、关键技术和应用前景。
一、系统设计原理基于无线传感器网络和物联网的智慧农业土壤监测与管理系统设计的原理是通过无线传感器节点对土壤的温度、湿度、土壤的养分含量等关键指标进行实时监测，并将监测到的数据通过物联网技术传输到云端服务器进行分析和处理。
基于分析结果，农民可以根据土壤状况进行精确的灌溉、施肥和草地管理等决策，最大限度地提高农业生产效率和产量，同时也减少了资源的浪费和环境污染。
二、关键技术1. 无线传感器网络技术无线传感器网络是整个系统的关键技术之一。
传感器节点由温度、湿度、光照等各种传感器和无线通信模块组成，可以实现对土壤的实时监测。
传感器节点采集到的数据通过无线通信模块传输到基站或者云端服务器，实现了数据的远程传输和实时监测。
2. 物联网技术物联网技术是实现土壤监测与管理系统的关键技术之一。
物联网技术可以将无线传感器网络中的传感器节点和云端服务器实现无缝连接，实现了数据的远程传输和管理。
农民可以通过手机、电脑等终端设备随时随地对土壤的监测数据进行访问并进行决策。
3. 数据分析与决策技术基于无线传感器网络和物联网的智慧农业土壤监测与管理系统设计还需要对传感器节点采集到的数据进行分析和处理。
数据分析和决策技术可以根据土壤的温度、湿度、养分含量等数据指标，提供相应的决策建议，帮助农民实现精确的灌溉、施肥和草地管理等操作。
三、应用前景基于无线传感器网络和物联网的智慧农业土壤监测与管理系统设计具有广阔的应用前景。
首先，该系统可以实现对土壤的实时监测，并提供准确的决策建议，帮助农民减少资源浪费，提高农业生产效率和产量。
基于无线传感器网络的农田水分智能监测系统设计
基于无线传感器网络的农田水分智能监测系统设计农业是人类生活的基础，而农田的灌溉管理对农作物的生长和产量有着至关重要的影响。
传统的农田灌溉监测方法存在很多问题，如人力成本高、数据不准确、无法实时反馈等。
为了解决这些问题，基于无线传感器网络的农田水分智能监测系统应运而生。
该系统的设计目标是通过无线传感器网络实时监测农田的水分情况，精确掌握农田的湿度，实现农田的智能节水管理，提高农田灌溉的效率和农作物的产量。
首先，该系统的硬件设备包括传感器节点、数据采集器和数据中心。
传感器节点安装在农田中，可以实时测量土壤的湿度和温度等参数。
传感器节点通过无线方式将数据传输给数据采集器，数据采集器负责接收传感器节点的数据并将其上传至数据中心。
传感器节点和数据采集器可以使用低功耗的无线通信技术，如ZigBee或LoRa等，以确保数据的可靠传输。
其次，数据中心是整个系统的核心，负责接收、存储和处理传感器节点上传的数据。
数据中心可以实现对农田水分情况的实时监测和分析，在需要时生成报告或提供决策支持。
数据中心可以部署在云平台上，利用云计算的优势进行大数据存储和处理。
为了实现农田的智能节水管理，该系统还需要具备一定的功能和特点。
首先，系统需要能够实时监测农田的水分情况，包括土壤湿度、温度等参数。
其次，系统需要具备数据分析和预测的能力，可以根据历史数据和气象条件预测未来的水分需求，并给出灌溉建议。
同时，系统还应具备远程控制的功能，即可以通过手机APP或云平台对系统进行远程监控和操作，方便农民进行灌溉管理。
在系统的实施过程中，有几点需要注意的是数据的准确性和可靠性。
传感器节点的位置选择和数据采集的频率会直接影响到数据的准确性。
传感器节点应该布置在代表性的地方，避免被多余的杂质或干扰物影响测量结果。
同时，数据采集的频率需要合理选择，既要能够反映农田水分变化的趋势，又要避免数据传输量过大导致系统负荷过重。
除了数据的准确性和可靠性，系统的能耗也是一个需要考虑的问题。
基于无线传感器网络的土壤环境监测系统设计
基于无线传感器网络的土壤环境监测系统设计土壤是农业生产的重要基础，对土壤环境进行监测和分析可以提高农田管理的效率和农产品的质量。
随着无线传感器网络技术的发展，基于无线传感器网络的土壤环境监测系统成为一种可行的解决方案。
本文将详细介绍基于无线传感器网络的土壤环境监测系统的设计原理、硬件配置和软件实现。
1. 设计原理：基于无线传感器网络的土壤环境监测系统是由多个传感器节点组成的网络，通过节点之间的无线通信实现土壤环境参数的采集和传输。
传感器节点通常由传感器模块、处理器、无线通信模块和电源组成。
传感器模块用于获取土壤环境的参数，如温度、湿度、土壤酸碱度等。
处理器用于对传感器采集的数据进行处理和分析，并通过无线通信模块将数据发送到中心节点或远程服务器。
电源提供节点的供电。
2. 硬件配置：基于无线传感器网络的土壤环境监测系统的硬件配置主要包括传感器节点、基站节点和监控中心。
传感器节点是布置在农田中的若干个节点，每个节点都具备传感器模块、处理器、无线通信模块和电源。
基站节点位于农田中心位置，作为传感器节点的汇聚点，具备接收传感器节点数据并转发给监控中心的功能。
监控中心是系统的数据管理和分析中心，具备接收和存储来自基站节点的数据，并提供相应的查询和分析功能。
3. 软件实现：基于无线传感器网络的土壤环境监测系统的软件实现包括传感器节点程序、基站节点程序和监控中心程序。
传感器节点程序负责接收传感器数据、对数据进行处理和分析，并通过无线通信模块将数据发送给基站节点。
基站节点程序负责接收传感器节点数据、对数据进行汇聚和转发。
监控中心程序负责接收来自基站节点的数据，并将数据存储到数据库中，同时提供相应的数据查询和分析功能。
在传感器节点程序的实现中，首先需要根据具体的传感器模块选择合适的驱动程序，并进行数据的采集和处理。
然后通过无线通信模块将数据发送给基站节点。
在基站节点程序的实现中，需要设计相应的协议和算法对传感器节点数据进行汇聚和转发。
基于无线传感器网络的土壤湿度监测系统设计
基于无线传感器网络的土壤湿度监测系统设计随着农业现代化的推进，人们对土壤湿度的监测和调节日益重视。
土壤湿度是农作物生长的重要指标之一，适宜的土壤湿度能够提高农作物的产量和质量。
因此，设计一套基于无线传感器网络的土壤湿度监测系统具有重要的实际意义。
本文将对这个系统的设计进行详细介绍。
一、系统组成和工作原理基于无线传感器网络的土壤湿度监测系统由传感器节点、无线通信模块、数据处理器和监测平台组成。
传感器节点布置在农田中，通过感知土壤湿度并将数据传输给无线通信模块，然后经过无线信号传输到数据处理器进行处理，最后在监测平台上显示和记录数据。
系统的工作原理是这样的：首先，传感器节点感知土壤湿度，传感器可以通过电极插入土壤中来实时测量土壤湿度。
然后，传感器节点利用无线通信模块将测量得到的土壤湿度数据发送到数据处理器。
数据处理器接收到数据后会进行处理和分析，可以实时监测土壤湿度的变化趋势，并进行报警处理，以确保土壤湿度在合适的范围内。
最后，监测平台上可以显示实时的土壤湿度数据，以便农民或农业专家对土壤湿度进行分析和调整。
二、传感器节点设计与选择传感器节点是实现系统土壤湿度监测功能的关键部件。
传感器节点需要具备以下特点：具有高精度的土壤湿度测量能力、低功耗、低成本、稳定可靠等特点。
传感器节点的设计需要根据传感器的特性进行选择。
近年来，电容式土壤湿度传感器被广泛应用于土壤湿度监测领域，其原理是通过测量土壤中水分对电容值的影响来获取土壤湿度信息。
该传感器具有测量精度高、响应速度快的特点，并且相对成本较低。
因此，在设计中可以选择电容式土壤湿度传感器作为传感器节点的核心组件。
在传感器节点的设计中，应考虑到传感器节点需要长时间工作，因此功耗的控制是一个重要的因素。
为了实现低功耗的要求，可以采用低功耗的微控制器，比如单片机，它具有低功耗、价格便宜、易于编程等特点。
此外，合理设计传感器节点的硬件电路和软件程序，以减少功耗的同时，保证系统性能的稳定性和可靠性。
基于无线传感器网络的农田水利监测系统设计
基于无线传感器网络的农田水利监测系统设计农田水利监测系统是一种基于无线传感器网络的技术应用，旨在实现对农田水利情况的全面监测和数据采集，为农田灌溉管理和水资源保护提供科学依据。
本文将结合无线传感器网络技术的特点和农田水利监测系统的需求，对其设计进行介绍和分析。
一、引言农田水利监测系统的设计旨在实现对农田水利情况进行全面的监测和数据采集，以便科学地决策和管理。
传统的农田水利监测方式存在时间、空间范围有限、易受环境影响等问题。
而无线传感器网络技术的发展为农田水利监测系统的设计提供了新的解决方案。
二、设计目标与需求1. 监测对象：农田水利包括水质、水位、土壤湿度等。
2. 监测范围：大范围的农田水利监测，准确、快速地获取数据。
3. 设备可靠性：传感器节点需要具备低功耗、抗干扰、高稳定性等特点。
4. 数据传输：传感器节点采集的数据需要实时传输到数据中心，提供给用户进行分析和决策。
三、系统设计与实现1. 传感器节点设计传感器节点是整个农田水利监测系统的核心，它负责采集农田水质、水位、土壤湿度等数据。
传感器节点应该具备低功耗、抗干扰、高稳定性等特点。
采用高精度的传感器模块，能有效提高数据采集的准确性。
节点的软硬件设计要满足低功耗的要求，以实现长时间的使用。
2. 网络拓扑设计无线传感器网络通常采用星型拓扑或网状拓扑。
根据农田水利监测范围和网络节点数量的不同，选择合适的拓扑结构。
星型拓扑适用于小范围监测，可实现低成本、简单部署；网状拓扑适用于大范围监测，具有高可靠性和自组织能力。
3. 数据传输与存储传感器节点采集到的数据需要及时传输到数据中心进行存储和分析。
采用低功耗的无线传输技术如LoRaWAN或NB-IoT，可以实现远距离传输并节约能源。
数据中心需要具备高效的数据存储和管理系统，以满足大量数据的存储和快速查询。
4. 数据分析与决策数据中心负责对采集到的农田水利数据进行分析，提供给用户科学的决策依据。
根据监测数据分析土壤湿度与作物生长的关系，合理调整灌溉策略。
基于无线传感器网络的土壤水分监测系统设计
基于无线传感器网络的土壤水分监测系统设计土壤水分监测在农田灌溉和农业生产中起着重要的作用。
而基于无线传感器网络的土壤水分监测系统则可以实时、准确地获取土壤水分数据，并帮助农民科学合理地管理灌溉，提高农作物的产量和质量。
本文将围绕基于无线传感器网络的土壤水分监测系统的设计进行详细介绍。
首先，基于无线传感器网络的土壤水分监测系统设计需要确定传感器节点的部署方式。
传感器节点应该均匀分布在农田中，以充分覆盖整个土地区域。
在选择传感器节点时，应考虑其可靠性、功耗、传输距离等因素，以保证系统能够长时间稳定运行。
此外，传感器节点应具备无线通信能力，以便与数据采集中心进行数据传输。
接下来，基于无线传感器网络的土壤水分监测系统设计需要确定传感器节点的工作原理和数据采集方式。
传感器节点可以通过测量土壤水分含量、土壤电导率等参数来获取土壤水分数据。
传感器节点应配备适当的传感器和处理器，能够对采集到的数据进行处理和存储，并通过无线通信模块将数据传输给数据采集中心。
数据采集中心可以集中管理和分析传感器节点采集到的土壤水分数据，以便农民实时了解土壤水分情况。
在基于无线传感器网络的土壤水分监测系统设计中，还需要考虑系统的能耗管理。
由于传感器节点需要长时间稳定运行，能耗管理是一个重要的问题。
可以采用低功耗的传感器和处理器，以延长传感器节点的使用寿命。
此外，可以采用能量平衡算法对传感器节点进行能量的调度，以充分利用能量资源，提高系统的能效。
为了保障基于无线传感器网络的土壤水分监测系统的可靠性和稳定性，还需要设计合理的通信协议和数据传输机制。
传感器节点之间应能够互相通信，并能够与数据采集中心进行数据传输。
可以采用分簇和网络路由算法，确保数据可靠地从传感器节点传输到数据采集中心。
同时，还可以采用数据压缩和聚合技术，减少数据传输量，提高数据传输效率。
最后，在基于无线传感器网络的土壤水分监测系统设计中，还需要考虑数据的可视化和决策支持。
农田土壤无线传感器网络设计与优化
农田土壤无线传感器网络设计与优化近年来，随着农业领域的不断发展和技术的进步，农田土壤无线传感器网络成为了现代农业管理中重要的一环。
通过无线传感器网络，农民们可以有效地监测和管理农田土壤的温度、湿度、养分含量等重要参数，从而实现智能化的农业生产。
本文将详细介绍农田土壤无线传感器网络的设计与优化，以期为农民们提供更加高效、智能的农业管理方案。
一、农田土壤无线传感器网络的设计1. 传感器节点的选择与布置在农田土壤无线传感器网络中，传感器节点是关键的组成部分。
传感器节点应选择适合农田环境的传感器，并根据农田的实际情况进行布置。
例如，在大面积耕地中，传感器节点密度可以适量降低，而在有特定需求的作物区域，传感器节点密度应该增加。
同时，传感器节点的能耗也需考虑，节点应选择低功耗的传感器，并合理安排供电方式，如利用太阳能供电等。
2. 网络拓扑结构的设计合理的网络拓扑结构可以有效地减少能耗，提高网络的稳定性和可靠性。
需要根据农田的大小和形状，选择适合的网络拓扑结构。
常用的网络拓扑结构包括星型、树型、网状等。
在大面积农田中，采用星型结构可以有效减少通讯距离，降低功耗。
而在小范围的农田中，树型或网状结构更加适用，可以提供更好的覆盖范围和网络鲁棒性。
3. 数据传输与处理农田土壤无线传感器网络需要传输大量的数据，因此需要选择适当的数据传输协议和处理方法。
传输协议可以选择低功耗的无线传输协议，如LoRaWAN、Zigbee等，以减少能耗。
同时，需要对传感器数据进行处理与分析，提取有用的信息。
可以利用数据挖掘和机器学习技术对大量的农田土壤数据进行分析，为农民们提供实时的决策支持。
二、农田土壤无线传感器网络的优化1. 能耗优化为了提高传感器网络的使用寿命，需要对能耗进行优化。
首先，可以通过调整数据传输的频率和传输间隔来减少节点的能耗。
对于稳定的参数，可以适当降低传输频率，而对于变化较大的参数，可以增加传输频率保证数据的实时性。
基于无线传感器网络的农田智能监测与管理系统设计
基于无线传感器网络的农田智能监测与管理系统设计随着科技的不断发展和农业现代化的推进，农田智能监测与管理系统成为了提高农田生产效率和农田管理水平的重要手段。
基于无线传感器网络的农田智能监测与管理系统设计，能够实现对农田环境的实时监测、数据采集和远程控制，为农田的科学种植和高效管理提供了有力支持。
一、系统设计概述无线传感器网络是指由大量分布在监测区域的、能够感知环境信息并通过无线通信共享数据的传感器节点组成的网络。
农田智能监测与管理系统设计的关键在于合理安排传感器节点的布局和与中心服务器的通信方式。
在农田智能监测与管理系统设计中，传感器节点需要能够感知和采集农田环境的关键参数，例如土壤湿度、光照强度、温度等。
这些传感器节点通过无线通信将采集到的数据发送给中心服务器进行处理和分析。
中心服务器作为系统的核心，负责接收传感器节点上传的数据，并根据预设的算法进行数据处理和决策。
农田管理人员可以通过web界面或手机应用程序查看和控制农田的实时数据、管理农田的灌溉、施肥等操作。
二、农田环境监测与数据采集1.土壤湿度监测与控制土壤湿度是农田管理的重要指标之一，对于作物的生长和发育具有重要影响。
在系统设计中，通过在农田中布置一定数量的土壤湿度传感器节点，实时监测土壤湿度，并将数据上传到服务器。
基于土壤湿度的监测数据，可以对农田进行精准的灌溉控制。
中心服务器可以根据预设的灌溉策略，通过控制灌溉系统进行自动灌溉，以保证作物在不同生长阶段的湿度需求。
2.光照强度监测与光合作用控制光照强度是农田作物进行光合作用的重要因素，对作物的生长和光合作用效率具有重要影响。
通过在农田中布置光照传感器节点，可以实时监测不同地点的光照强度，并将数据上传至中心服务器。
基于光照强度的监测数据，可以对农田的灌溉和施肥进行控制。
中心服务器可以根据不同作物对光照要求的差异，制定相应的控制策略，保证作物在不同生长阶段获得适当的光照供给。
3.温度监测与控制温度是农田环境的重要参数，对于作物的生长和发育、病虫害的发生和防治都具有重要影响。
基于无线传感器网络的精准农业环境监测系统设计
基于无线传感器网络的精准农业环境监测系统设计随着科技的发展和农业现代化的推进，精准农业成为了农业领域的重要发展方向。
精准农业环境监测系统是其中的重要组成部分，它能够通过无线传感器网络实时监测农田的环境参数，帮助农民精确判断作物的生长情况，提供精准的农田管理。
这种基于无线传感器网络的精准农业环境监测系统设计，主要包括传感器节点、数据传输和数据处理三个主要模块。
传感器节点是系统的核心部分，它负责实时采集农田的环境参数，如温度、湿度、土壤湿度、光照等。
传感器节点的设计需要考虑到精确性、可靠性和能耗问题。
为了确保监测数据的准确性，可以采用多个传感器进行冗余采样，并通过数据融合技术得到更可靠的结果。
为了延长传感器节点的使用寿命，可以采用低功耗的传感器和节能的工作模式。
数据传输模块负责将传感器节点采集到的环境数据传输到集中管理平台，以供后续的数据处理和分析。
传统的数据传输方式包括有线传输和无线传输。
有线传输的优势在于稳定可靠，但受限于传输距离和成本因素；无线传输的优势在于灵活便捷，但在传输过程中存在信号干扰和传输距离限制。
针对精准农业的需求，可以选择无线传输方式，如Wi-Fi、蓝牙或LoRa等。
数据处理模块是系统设计中的关键部分，它负责对传感器节点采集到的数据进行处理、分析和存储，为农民提供有用的决策依据。
数据处理的主要任务包括数据清洗、数据压缩、数据融合和数据挖掘。
数据清洗是指处理无效数据和异常数据，确保数据的准确性和可靠性；数据压缩是指对数据进行压缩，减少数据传输和存储的开销；数据融合是指将多个传感器采集到的数据进行整合，提高数据准确性和可靠性；数据挖掘是指通过对大量数据的分析和处理，挖掘出潜在的农田管理规律和情报。
综上所述，基于无线传感器网络的精准农业环境监测系统设计，可以通过传感器节点实时采集农田的环境参数，通过无线传输将数据传输到集中管理平台，并对数据进行处理和分析，为农民提供精准的农田管理决策依据。
农业物联网技术在土壤水分监测中的无线传感器网络设计
农业物联网技术在土壤水分监测中的无线传感器网络设计一、引言农业物联网技术是近年来快速发展的一项新兴技术，通过无线传感器网络对农业生产过程中的环境条件进行监测和控制，实现对农作物生长状况和土壤水分情况等影响因素的实时监测和远程控制。
其中，土壤水分监测是农业物联网技术中的一个重要应用领域，对于提高农作物的产量和质量具有重要意义。
本文旨在探讨农业物联网技术在土壤水分监测中的无线传感器网络设计，并提出一种适用于农业生产的土壤水分监测系统设计方案。
二、土壤水分监测系统设计1.系统框架设计在农业物联网技术中，土壤水分监测系统通常由传感器节点、中继节点和数据处理中心三部分组成。
传感器节点负责采集土壤水分数据，中继节点负责数据传输和汇总，数据处理中心负责数据存储和分析处理。
系统框架设计如下：（1）传感器节点：传感器节点由土壤水分传感器、微控制器、能量供应和通信模块等组成，负责采集土壤水分数据并通过通信模块传输给中继节点。
（2）中继节点：中继节点负责接收来自传感器节点的数据，并将数据传输给数据处理中心。
同时，中继节点还可以实现多个传感器节点之间的数据传输和通信。
（3）数据处理中心：数据处理中心接收传感器节点和中继节点传来的数据，存储和分析处理数据，同时将处理结果反馈给农民或农业专家。
2.传感器节点设计传感器节点是土壤水分监测系统中的核心部分，其设计需考虑传感器选择、数据采集和通信模块等方面。
（1）传感器选择：传感器选择是决定土壤水分监测精度和性能的关键因素。
目前常见的土壤水分传感器有电容式传感器、电阻式传感器和频域反射式传感器等。
在传感器选择时，需根据具体应用场景和要求来确定合适的传感器类型。
（2）数据采集：传感器节点通过微控制器对土壤水分传感器采集的数据进行处理和编码，然后通过通信模块将数据传输给中继节点。
数据采集的准确性和实时性是确保系统性能的重要保障。
（3）通信模块：传感器节点的通信模块通常采用低功耗、长距离的无线传输技术，如LoRa、NB-IoT等。
基于无线传感器网络的智慧农业监测系统设计
基于无线传感器网络的智慧农业监测系统设计智慧农业监测系统的设计在现代农业发展中扮演着重要的角色。
基于无线传感器网络的智慧农业监测系统能够实现对农田环境、作物生长和灌溉等过程的实时监测和控制，提高农业生产的效率和质量。
本文将深入探讨该系统的设计原理、关键技术和功能实现。
一、智慧农业监测系统的设计原理基于无线传感器网络的智慧农业监测系统的设计原理是通过部署大量的传感器节点在农田中，利用传感器采集土壤湿度、温度、光照等环境信息以及作物生长情况，并通过无线通信将数据传输到中心服务器。
中心服务器对传感器数据进行存储、分析和处理，并根据监测结果智能化地控制灌溉设备，实现对农田的精确灌溉。
二、关键技术1. 传感器节点设计：传感器节点是智慧农业监测系统中的重要组成部分。
传感器节点需要具备地下自组织网络能力和低功耗特性，以适应大规模农田环境的需求。
传感器节点的设计需考虑传感器的类型选择、数据采集方法、能源管理以及通信协议等技术要求。
2. 数据传输与通信技术：传感器节点通过无线通信技术将采集到的环境信息发送到中心服务器。
传输协议的选择应考虑能效性、带宽需求和可靠性等方面。
目前常用的无线通信技术包括Zigbee、LoRa等，它们能够提供较长距离的传输范围和较低的功耗。
3. 数据存储与处理：中心服务器负责接收传感器数据并进行存储、处理和分析。
数据存储需考虑数据量大和实时性要求，通常使用数据库进行存储。
数据处理方面，采用机器学习算法和数据挖掘技术对传感器数据进行分析和预测，提供精确的决策支持。
4. 农田控制技术：智慧农业监测系统通过中心服务器智能化地控制灌溉设备，准确地实现农田的精确灌溉。
该技术需要根据作物的需水量和土壤湿度等实时环境信息，采用模糊控制、PID控制等算法进行决策和执行控制操作。
三、系统功能实现1. 环境监测功能：传感器节点采集农田的土壤湿度、温度、光照等环境信息，并通过无线通信传输到中心服务器。
中心服务器对环境信息进行实时监测和记录，为农田环境管理提供数据支持。
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Fig.1
图 1 监测系统网络结构图 Network topology of the system
1.1
传感器节点 其中， 传感器节点与 SWC 测量传感器相连并布置在 田间各监测点上，负责以特定的时间间隔（系统目前设 定为 1h） 采集 SWC 传感器的测量信息并将此信息存储在 本地 Flash 上。为降低传感器节点的能耗，在各次测量完 成后并不是马上向上级节点（簇首）发送测量信息，而 是在完成 24 次测量后将存储在本地 Flash 上的当天测量 数据打包发往簇首。当需要及时了解监测情况时，传感 器节点也具备以独立数据包的形式向接收设备传送已存 储测量结果的能力。 1.2 簇首 簇首布置在测量区域的边缘，负责接收和存储由各 个传感器节点发送的 SWC 测量结果。 当簇首接收到数据 传送的命令后，向其上级节点（基站节点）发送 Flash 中 保存的各传感器节点一段时期内的测量值。 1.3 基站节点 基站节点与笔记本计算机相连，作为计算机和田间 网络进行通信的桥梁。本系统自定义了一套命令集和节 点编号方法，用户的控制信息通过基站节点解析和打包 为田间网络节点可以处理的数据实现对网络中各节点的 控制， 而网络节点中存储的 SWC 测量结果也可以通过基
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引
言
精细灌溉是解决由水资源日益紧缺而导致的各类供 求矛盾的有效方案之一，它可以在不影响作物产量的前 提下根据作物需水信息适时、适量地进行灌溉，从而达 到大幅度减少农业用水的目的[1]。在精细灌溉作业中，土 壤含水率（soil water content，SWC）是计算需水信息的 一个重要指标。同时，土壤含水率也是地表和大气之间 通过蒸发的方式进行能量和水分交换的主要控制因子， 很大程度上影响植物的健康状况[2]。因此，对土壤含水率 进行连续、实时、准确地监测在精细灌溉及水资源合理 利用研究中具有重要的意义。 对单点或小范围土壤含水率进行测量可以采用时域 反射计（time-domain reflectomerty，TDR）法[34]、土壤穿 透雷达（ground penetration radar）法[5]、张力计法、中子 仪法、 取土烘干法、 热脉冲法、 土壤电阻法、 电容法等[6-8]。 对大片区域土壤含水率分布状况的测量可以采用遥感技 术，主要的测量手段包括辐射通量法、微波法、雷达成 像以及红外测温法等[9]。
以上方法虽然均能够比较准确地测量土壤含水率， 但在实际应用中需要工作人员携带仪器设备进行人工测 量或者将设备安装在农业机械上，伴随农机作业进行测 量，且测量范围限于地表及地表以下有限的深度，无法 对植物根部的土壤含水率进行立体检测。依赖于人力或 机械的方法受到使用强度的限制，无法对土壤含水率进 行实地、大范围和实时监测，导致无法对监测区域进行 有效覆盖，测量结果无法反映土壤含水率的动态变化情 况。因此，需要一种能够密集部署、避免作业区内部线 缆纵横交错、实时并且短时间间隔地采集、存储和传输 土壤含水率信息的数据获取载体。 无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）是 一种新兴的重要技术，通常由大量具有特定功能的传感 器节点组成全分布系统。因其部署简单、布置密集、低 成本和无需现场维护等优点为环境科学研究的数据获取 提供了方便，被广泛应用于气象、地理、自然和人为灾 害监测以及大面积的地表监测中[10-14]。但是，农业作为 无线传感器网络应用的潜在重要领域，目前尚未得到足 够的重视。精细灌溉作业应用中，大量的传感器节点可 构成监控网络，通过土壤含水率传感器采集信息，配合 网络多跳路由、自组网、信息互递等特点，连续、实时 地向实验室及灌溉作业机具发布土壤含水率信息，实现 精细灌溉的自动化、智能化及远程控制。 本研究探讨将无线传感器网络技术作为土壤含水率 监测中数据采集和传输载体的可行性并设计和搭建基于 无线传感器网络的土壤含水率监测系统，主要包括以下 内容： 1）基于无线传感器网络的地表以下多层次土壤含水
土壤含水率测量传感器的选型及标定 本研究综合考虑传感器的单价、能耗及是否易于使 用等指标， 选用了美国 Decagon 公司的 ECH2O 系列电容 型土壤含水率传感器 EC-5（Decagon Devices，Pullman， MA，USA） 。EC-5 的量程为 0 ～100%土壤体积含水率 （volumetric water content，VWC） ，测量准确度为±2%， 3 3 [16] 分辨率达到 0.001 m /m VWC 。EC-5 在休眠状态不消 耗任何能量， 要完成 1 次测量， 只需向其提供幅值为 2.5 V， 电流为 10 mA， 持续时间大于 10 ms 的脉冲。 完成测量后 EC-5 会将结果以电压的形式在输出接口上保持 2～3 mS， 此输出电压的范围为供电电压的 10%～40%， 当供电电压 为 2.5 V 时，输出电压的范围为 250～1 000 mV，具体输 出值随土壤 VWC 变化。 本研究利用拟布置传感器区域的土壤样本对 EC-5 进 行了离线标定试验。选取 4 个 EC-5 传感器，用 2.5V 稳 压电源提供 EC-5 工作所需电能，以消除电池供电时电压 波动对传感器输出的影响； 由示波器 （DSO6102A， Agilent Technology，USA）观察 EC-5 在各土壤含水率影响下的 输出电压；以 4 个 EC-5 在某一土壤含水率影响下的输出 电压均值作为 EC-5 在该含水率水平下的测量值，应用线 性回归法确定传感器输出与土壤含水率之间的关系。具 体步骤包括： 1）在拟布置传感器的试验田中设定 3 个采样区域挖 取土壤样本，如图 2，采集区尽量靠近 SWC 传感器的真 实填埋点； 2 ）将采回的土壤样本放入烤箱（ Fisher Scientific, Waltham, MA, USA） 内烘烤 48 h， 烤箱温度设定为 105℃， 保证土壤内原有的水分完全蒸发；
第2期
李
震等：农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计
213
率监测系统硬件选型及设计开发； 2）网络通信协议和应用程序的设计与开发； 3）解决测量系统田间部分的供电问题； 4）通过系统试运行发现并解决前期设计中存在的问 题，完善监测系统设计。
站节点传送至计算机。在传感器节点和簇首中，测量的 原始数据以日志的形式进行存储，受节点存储能力的限 制，已上传的数据会定期删除，而计算机则可提供一个 比较完善的数据库服务。
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农业工程学报
2010 年
VWC
Vw Vw 100% 100% Vt Vs Vw Va
（1 ）
式中：VWC ——以体积为计量的土壤含水率，%；Vw —— 土壤中水的体积，mL；Vt ——土壤样本总体积，包括土 壤体积 Vs，水体积 Vw 以及空气体积 Va 等，mL。 4 ）分别记录各个传感器在不同土壤样本下的输出 值，将某一含水率水平下 4 个 EC-5 传感器放入来自 3 个 采样区域土壤的输出均值作为该含水率水平下的标定 值，利用 Excel（Version 2003, Microsoft, USA）绘图并进 行回归分析，得到的标定方程如式（2） VWC 0.125Vout 33.71 （2 ） 式中 Vout ——传感器输出，mV；式（2）的决定因子 R2 为 0.9768。 2.2 系统中各类节点的硬件构成 本系统包括 3 类节点，其中，传感器节点包括传感 器、信号调理模块、WSN 应用主电路板（包括 CPU，存 储器，无线通信模块，USB 接口，嵌入式操作系统等） 以及太阳能供电部分，其结构如图 3 所示。每个传感器 节点上安装了 4 个 EC-5 传感器，分别被埋入地下距地表 5.00、15.24、30.48 和 60.96cm 处，对地表下 4 个不同土 层的土壤含水率进行测量（如图 4） 。
212
第 26 卷 第 2 期 2010 年 2月
农 业 工 程 学 报 Transactions of the CSAE
Vol.26 No.2 Feb.,2，Wang Ning 2，洪添胜 1※，文 韬 1，刘志壮 1
（1．华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室，广州 510642； 2．Department of Biosystems and Agricultural Engineering, Oklahoma State University, 111 Ag Hall, Stillwater, 74078, USA） 摘 要：为解决传统土壤含水率监测中所存在的监测区域面积小、采样率低等问题，设计和开发了基于无线传感器网络 技术的土壤含水率监测系统，包括 10 个传感器节点， 1 个簇首和 1 个基站节点，可按任意时间间隔全自动地采集、处理、 传输和存储地表以下 4 个不同土层土壤含水率变化状况； 各类节点采用 TinyOS 操作系统， 节点间通信遵循 ZigBee 协议； 含水率测量采用 EC-5 传感器；太阳能供电模块的供电能力满足传感器节点及簇首的能耗需求；进行了数据包传输率试 验，10 个传感器节点中有 7 个的数据包正确传输率高于 90%，1 个节点的数据包正确传输率为 89.2%，2 个节点的传输 率低于 70%。造成 2 个节点数据包传输率较低的主要原因是太阳能供电电路制作，通过更换电路板解决了该问题。试验 结果表明，系统能够实现稳定的数据传输，适合农田土壤含水率的实时监测。 关键词：精细农业，无线传感器网络，土壤含水率，TinyOS doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.02.037 中图分类号：S126 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2010)-02-0212-06 李 震，Wang Ning，洪添胜，等. 农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计[J]. 农业工程学报，2010，26(2)： 212－217. Li Zhen, Ning Wang, Hong Tiansheng, et al. Design of wireless sensor network system based on in-field soil water content monitoring[J]. Transactions of the CSAE, 2010, 26(2): 212－217. (in Chinese with English abstract)