[發(fā)明專利]基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)與方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610032350.1
• 申請日: 2006-09-29
• 公開（公告）號: CN101155090A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李仁發(fā);羅娟;曾凡仔;文建國;付彬;魏葉華;李瑞芳
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: H04L12/28
• 分類號: H04L12/28;H04L29/08;H04L12/66
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司
• 代理人: 馬強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉與傳感器監(jiān)測領(lǐng)域，具體是一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

我國的農(nóng)業(yè)有著外界環(huán)境的多變性，土地環(huán)境的多樣性，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性的特點(diǎn)，普通的儀器設(shè)備很難做到既經(jīng)濟(jì)又準(zhǔn)確的實(shí)時監(jiān)測，同時針對農(nóng)業(yè)種植的地區(qū)范圍比較大這一特點(diǎn)，節(jié)水灌溉也要考慮到節(jié)省勞動力與節(jié)約能源方面的要求，以切實(shí)減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著其多樣性，不同農(nóng)作物對水分的要求也是不同的，而現(xiàn)有節(jié)水灌溉大都沒有根據(jù)農(nóng)作物實(shí)際需要和種植環(huán)境的實(shí)際情況，顯出兼容性不夠好的特點(diǎn)。

目前無線技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用比較廣泛，但大都是具有基站的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用，??并不是真正意義上的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上技術(shù)缺陷，本發(fā)明旨在提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)，能根據(jù)不同的種植物的特點(diǎn)，安排出合理有效的節(jié)水灌溉方案，同時由于這套設(shè)備可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以與其他信息化設(shè)備綜合利用，能夠給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供信息化，多元化的實(shí)惠服務(wù)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)，由無線傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、管理中心和灌溉設(shè)備組成，其中無線傳感器節(jié)點(diǎn)由中央處理器，存儲器，支持802.15.4協(xié)議的無線通信模塊和傳感板組成，并采用干電池供電，其中網(wǎng)關(guān)包括中央處理器，存儲器，網(wǎng)關(guān)通過其內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)接入模塊接入網(wǎng)絡(luò)，并采用太陽能電池供電，網(wǎng)關(guān)與傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信的方式進(jìn)行連接，其中圖3網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中的協(xié)議轉(zhuǎn)化與通信模塊能夠?qū)崿F(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入無線局域網(wǎng)。

本發(fā)明還包括上述基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)水灌溉方法，首先將網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)連接，把網(wǎng)關(guān)通過無線方式接入Internet或者無線局域網(wǎng)，也可通過有線的方式布置網(wǎng)線使其接入網(wǎng)絡(luò)；將接入網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)均勻放置在農(nóng)作物種植區(qū)內(nèi)，使網(wǎng)關(guān)控制的灌溉設(shè)備的灌溉范圍覆蓋所有的種植區(qū)域，配置網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，再給每個網(wǎng)關(guān)進(jìn)行編號，同時記錄下網(wǎng)關(guān)的位置信息；然后將無線傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)撒放到農(nóng)作物種植區(qū)域內(nèi)，保證每個傳感器節(jié)點(diǎn)的至少在一個網(wǎng)關(guān)的射頻通信范圍內(nèi)，最后通過上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對灌溉設(shè)備進(jìn)行控制，其特征在于，其控制方法是：

步驟1，傳感器節(jié)點(diǎn)通過傳感板采集到附近的濕度，水分?jǐn)?shù)據(jù)以及記錄下接收到的網(wǎng)關(guān)的發(fā)射功率強(qiáng)度，傳感器節(jié)點(diǎn)間通過自組織成無線多跳網(wǎng)絡(luò)，把數(shù)據(jù)傳送到最近的一個網(wǎng)關(guān)；

步驟2，網(wǎng)關(guān)根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)送來的數(shù)據(jù)，計(jì)算出該傳感器器節(jié)點(diǎn)相對于該網(wǎng)關(guān)的位置，將此位置信息，網(wǎng)關(guān)編號連同采集的數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給管理中心；

步驟3，管理中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，當(dāng)所得數(shù)據(jù)低于設(shè)定的閾值的時候，管理中心將此數(shù)據(jù)包的位置信息反饋給對應(yīng)編號的網(wǎng)關(guān)；

步驟4，網(wǎng)關(guān)根據(jù)反饋回來的數(shù)據(jù)包，以確定需要灌溉的區(qū)域位置，通過調(diào)節(jié)灌溉設(shè)備對該區(qū)域進(jìn)行灌溉。

結(jié)合附圖，本發(fā)明詳細(xì)描述如下：圖1為基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的示意圖，由帶有濕度傳感板的無線傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、管理中心和灌溉設(shè)備組成，網(wǎng)關(guān)通過有線或者無線網(wǎng)絡(luò)的方式接入局域網(wǎng)或者Internet，網(wǎng)關(guān)與傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信的方式進(jìn)行連接。網(wǎng)關(guān)把從傳感器節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)傳給管理中心，管理中心通過對數(shù)據(jù)的處理，計(jì)算，分析，得到需要灌溉的區(qū)域的信息，將此信息反饋給特定的網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)控制其支配的灌溉設(shè)備對指定的區(qū)域進(jìn)行灌溉，從而實(shí)現(xiàn)種植區(qū)域內(nèi)灌溉的閉環(huán)控制。

圖2為無線傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)示意圖，由中央處理器，存儲器，支持802.15.4協(xié)議無線通信模塊和傳感板組成，傳感器節(jié)點(diǎn)通過傳感板采集種植區(qū)域內(nèi)的濕度水分信息，送交中央處理器處理，存儲器可以緩存數(shù)據(jù)和一些簡單的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)通過無線通信模塊發(fā)射出去，傳感器節(jié)點(diǎn)間通過預(yù)先設(shè)定的算法自組織成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，最終送給網(wǎng)關(guān)進(jìn)行處理。傳感器節(jié)點(diǎn)由普通的干電池供電，由于傳感器節(jié)點(diǎn)自身的節(jié)能設(shè)計(jì)與能量高效路由設(shè)計(jì)，能保證較長時間不必更換電池，同時由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的健壯性，能夠有效的應(yīng)對某傳感器節(jié)點(diǎn)失效的情況，非常適應(yīng)于農(nóng)業(yè)種植環(huán)境多變的外界環(huán)境對節(jié)點(diǎn)的影響。