用于农业生产环境监测系统的智能传感器节点设计

1、用于农业生产环境监测系统的智能传感器节点设计 摘 要 本文实现了一种低成本、多参数、分布式、自组织的三层农业物联网架构，能够实现高速率远程接入和信息共享的农产品生产环境监测。本文描述了该系统的整体架构设计和智能节点设计方案，实现了对农业生产环境的无人值守监测功能。 【关键词】农业物联网 智能节点 环境监测系统 农业生产环境的监测由于农业生产的范围大、气候和环境多变，需要监测内容较多，一直是困扰农业物联网技术广泛应用的技术难题。 基于智能传感器技术和物联网技术的综合农业生产环境监测技术是农业物联网技术实施的技术基础和重要应用。农业生产环境涉及到气候、农作物及其生产环境的众多方面，需要的观测量众多

2、，各观测量所采用的传感器技术、变送器方法各不相同，而且在分布范围广和监测时间较长的情况下，智能传感节点的设计需要综合考虑安装环境、网络连接、可用时间等众多因素，设计一种能够适用于多种节点类型，分布式布局、自组织网络的农业物联网系统，首先需要在网络架构上采用灵活部署和分布式的物联网架构，然后是分布式的智能节点设计。具体监测的参数包括大气条件、土壤情况、病虫害和农作物生长形态等。 基于农业物联网技术的农业生产环境监测系统网络，可以实现农业生产的基础数据采集和存储，通过无线传感器网络构成的无人值守的自组网结构，可以准确感知农业生产环境信息和作物信息。 本文介绍了一种基于农业物联网网络架构的智能节点设

3、计方案，可实现农产品生产环境监测。该环境监测系统采用分布式的智能传感器现场布局，这些传感器节点可以准确感知农业生产环境信息和作物信息，通过自组织的zigbee网络，连接到上层的智能网关，组建农业生产信息基础数据库，利用数据库的共享功能，用户可远程访问数据库，获取需要的信息，指导农业生产过程。 1 农业物联网系统网络架构设计 农产品生产环境监测系统将zigbee传感器网络与3g/4g 网络融合并接入互联网，系统采用三层结构设计：感知节点层、网络传输层和业务应用层。感知节点层由众多分布式部署的感知节点组成，节点能够搭载多个标量及多媒体传感器节点，在读取农业环境信息的同时，还能够自组织构成可自愈的高

4、效无线数据传输网络，与上层的网关节点保持通信；网络传输层的主要设备是智能农业网关，有能够收集下层感知节点的zigbee主节点模块和向上与互联网连接的3g /4g无线传输模块；业务应用层的数据中心包括农业基础信息数据库和 web服务器，农业基础信息数据库负责数据保存，web服务器负责向互联网发布信息。系统的工作过程如下：智能感知节点主动构成自组织的无线传感器网络，数据融合后与智能网关进行数据传输，智能网关在保存数据内容后，再通过3g/4g网络向使用者提供互联网服务，然后定期将数据上传给上级监管部门的数据服务器；上级监管部门或农业指导部门可以根据数据内容形成报告提供给农业从员者；各类用户可通过互联

5、网终端访问该系统，查询感兴趣的农业环境参数，如有可能，还可对部分可控节点进行控制操作。 网络传输层的无线传感器网络采用类似于zigbee的协议，智能农业网关通过zigbee网络与多个节点或路由器相连，构成一个星形网络。 在网络接入协议的选择上，系统可根据环境要求和应用需要，自主切换到无线wifi或3g/4g网络，并在节能需要的情况下关闭网络开关，形成速率自适应和节能的网络接入。 2 感知层的zigbee智能感知节点设计 智能感知节点作为整个监测系统的信息采集源头，能够为整个系统提供完整和准确的数据。节点能实时采集农业生产相关的环境信息与作物信息，并且能够通过集成多种传感器，搭建一个自组织的zi

6、gbee网络。其中的传感器种类，包括大气条件、气象信息、土壤湿度、水环境ph值等标量数据传感器，以及为农业生产者提供直观影像的图像传感器（摄像头）。经由节点采集的数据首先在节点处进行数据处理，然后经由zigbee网络汇聚到网络区域内的智能网关。 考虑到各类传感器节点的能耗、购买成本、覆盖范围以及传输距离的限制，如摄像头的能耗较大、价钱相对较贵，可以覆盖较大范围，一个监测区域内安放一个摄像头就可以满足应用的要求。因此不必在同一监测区域内的节点上都采用同样的设计结构，可以分别连接不同的传感器连接网关。 3 结论 本文设计实现了一种基于物联网三层结构的农产品生产环境监测系统，该系统利用可灵活部署的智能节点实现了分布式的传感网络总局，实现了对农业生产现场的环境监测和基础农业数据采集。具体采用了自组织的zigbee网络将广泛分布在农业现场的各类农业生产数据组织在一起，利用网络传送到智能网关给农业从业人员使用。系统重点解决了在分布式环境下对于智能节点的可靠性可用性设计、冗余数据的融合处理和网络的自组织问题，是农业物联网技术的一次成功应用。 参考文献 1孙忠富，杜克明，尹首一.物联网发展趋势和与农业应用展望j.农业网络信息，2010（5），pp：5-8. 2劳凤丹，余礼根，滕光辉.设施农业3g+vpn远程监