[发明专利]基于无线传感器网络的农业节水灌溉系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业节水灌溉与传感器监测领域，具体是一种基于无线传感器网络的农业节水灌溉系统与方法。

背景技术

我国的农业有着外界环境的多变性，土地环境的多样性，地质结构的复杂性的特点，普通的仪器设备很难做到既经济又准确的实时监测，同时针对农业种植的地区范围比较大这一特点，节水灌溉也要考虑到节省劳动力与节约能源方面的要求，以切实减少农业生产成本。当前的农业生产有着其多样性，不同农作物对水分的要求也是不同的，而现有节水灌溉大都没有根据农作物实际需要和种植环境的实际情况，显出兼容性不够好的特点。

目前无线技术在农业中的应用比较广泛，但大都是具有基站的星型拓扑结构的应用，  并不是真正意义上的无线传感器网络。

发明内容

针对以上技术缺陷，本发明旨在提供一种基于无线传感器网络的农业节水灌溉系统，能根据不同的种植物的特点，安排出合理有效的节水灌溉方案，同时由于这套设备可扩展性强，可以与其他信息化设备综合利用，能够给农业生产提供信息化，多元化的实惠服务。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是这种基于无线传感器网络的农业节水灌溉系统，由无线传感器节点、网关、管理中心和灌溉设备组成，其中无线传感器节点由中央处理器，存储器，支持802.15.4协议的无线通信模块和传感板组成，并采用干电池供电，其中网关包括中央处理器，存储器，网关通过其内部的网络接入模块接入网络，并采用太阳能电池供电，网关与传感器节点通过无线通信的方式进行连接，其中图3网关节点中的协议转化与通信模块能够实现无线传感器网络接入无线局域网。

本发明还包括上述基于无线传感器网络的农业节水灌溉系统的一种基于无线传感器网络的节水灌溉方法，首先将网关与网络连接，把网关通过无线方式接入Internet或者无线局域网，也可通过有线的方式布置网线使其接入网络；将接入网络的网关均匀放置在农作物种植区内，使网关控制的灌溉设备的灌溉范围覆盖所有的种植区域，配置网关的网络设置，再给每个网关进行编号，同时记录下网关的位置信息；然后将无线传感器节点随机撒放到农作物种植区域内，保证每个传感器节点的至少在一个网关的射频通信范围内，最后通过上述无线传感器网络对灌溉设备进行控制，其特征在于，其控制方法是：

步骤1，传感器节点通过传感板采集到附近的湿度，水分数据以及记录下接收到的网关的发射功率强度，传感器节点间通过自组织成无线多跳网络，把数据传送到最近的一个网关；

步骤2，网关根据传感器节点送来的数据，计算出该传感器器节点相对于该网关的位置，将此位置信息，网关编号连同采集的数据信息通过网络发给管理中心；

步骤3，管理中心对数据进行处理、分析，当所得数据低于设定的阈值的时候，管理中心将此数据包的位置信息反馈给对应编号的网关；

步骤4，网关根据反馈回来的数据包，以确定需要灌溉的区域位置，通过调节灌溉设备对该区域进行灌溉。

结合附图，本发明详细描述如下：图1为基于无线传感器网络的农业节水灌溉系统的示意图，由带有湿度传感板的无线传感器节点、网关、管理中心和灌溉设备组成，网关通过有线或者无线网络的方式接入局域网或者Internet，网关与传感器节点通过无线通信的方式进行连接。网关把从传感器节点收集的数据传给管理中心，管理中心通过对数据的处理，计算，分析，得到需要灌溉的区域的信息，将此信息反馈给特定的网关，由网关控制其支配的灌溉设备对指定的区域进行灌溉，从而实现种植区域内灌溉的闭环控制。

图2为无线传感器节点系统示意图，由中央处理器，存储器，支持802.15.4协议无线通信模块和传感板组成，传感器节点通过传感板采集种植区域内的湿度水分信息，送交中央处理器处理，存储器可以缓存数据和一些简单的应用程序。数据通过无线通信模块发射出去，传感器节点间通过预先设定的算法自组织成网络进行数据的转发，最终送给网关进行处理。传感器节点由普通的干电池供电，由于传感器节点自身的节能设计与能量高效路由设计，能保证较长时间不必更换电池，同时由于无线传感器网络的健壮性，能够有效的应对某传感器节点失效的情况，非常适应于农业种植环境多变的外界环境对节点的影响。