无线传感器网络在新疆农田节水灌溉系统中的应用

无线传感器网络在新疆农田节水灌溉系统中的应用

米合热依 ·买买提

新疆吐鲁番市水利科学研究所 新疆吐鲁番 838000

摘要：随着我国科学技术的发展，越来越多成熟的信息技术能应用在我国的传统工农业中，为我国工农业实现新发展提供了良好的技术支持。对于我国新疆地区的农业发展来说，水资源是限制其进一步扩大产量质量的重要因素，因此在我国新疆地区应用农田节水灌溉系统，通过这种方式来发挥出农田中应用水资源的最大效率，为新疆农业的发展和进步起到积极的促进作用。

关键词：无线传感器网络；新疆农田；节水灌溉系统

无线传感器网络主要是由部署在监督区域内部的大量传感器节点构成，通过无线通讯的方式来进行数据的传播以及指令的传送，构建无线传感器网络的目标就是采集和处理监控区域内部的信息，并且将相关信息数据及时传送给管理人员。在农田节水灌溉系统中应用无线传感器网络系统能够有效的提高水资源的利用率，进而对提高新疆农业中农产品的质量和产量能起到积极的作用。

1. 系统结构

首先无线传感器网络的设计应该对结构进行良好的控制，无线传感器网络是对监控区域内部无线传感器和实际现实世界中的连接点，通常情况下，其系统结构主要体现在无线传感器网络能够要求无线传感器按照设计人员的要求对监控区域中的信息进行采集以及管理。无线传感器网络系统主要就是由无线传感器、网络链接通路、基站、数据控制中心以及远程控制信息终端等组成。不同的构成部分在农田节水灌溉中发挥的作用是不同的。无线传感器主要就是能够对农作物成长过程中所能够监测的相关信息进行及时的监测和采集，网络链接通路主要就是为信息数据的传输提供良好的技术条件，基站能够实现信息数据的传输以及打包，数据控制中心能够自动实现对数据信息的管理和分析，信息终端能实现农民远程控制农田节水系统目标^[1]。通过这种系统的构建能够有效的帮助农民及时掌握相关信息并且采取供水停水措施。现阶段我国5G技术的商用对网络链接通路的建立提供了良好技术支持，在传统的节水灌溉系统中，往往需要实地布线才能够保证网络链接通路的稳定。但是在5G技术背景下，技术人员能够使用5G技术来实现完全的无线数据传输，通过这种方式能有效避免布线过程中对农田的伤害，降低布线成本，提高系统的应用适用性。其次该系统的应用原理就是传感器通过水分传感器来采集农田中含水率的信息，将信息通过传感器网络以及5G通路来传递给基站实现寄存和打包，之后通过无线传输技术将相关信息传递给远程的数据监控中心，由数据监控中心实现信息的解密和控制，最后将相关数据结果及时传递给带有手机等信息终端的农户，在农户进行查看之后落实供水和停水的指令传递，进而实现控制节水灌溉的目标。

2. 系统硬件设计

硬件主要就是由传感器、信息转化元件、处理器和存储器、能源供应元件等组成，其中传感器负责采集农田中植物水分的相关信息，传感器能通过农作物的叶片状态以及田地中中土壤的水分含量来实现对相关信息的监测，进而对植物缺水还是水分充足的信息进行收集。之后传感器将相关信息发送给信息转化元件，由信息传化元件对相关信息进行校正和转化，将信息按照AD转化或者是数字形式转化的形式来进行处理^[2]。之后信息通过处理器进行打包寄存，在转发的同时实现存储，最后产生满足网络系统认知的信息流样式由中央控制芯片来编程。在以上无线传感器网络的运行的过程中，都需要一定的能源支持，所以也需要能源供应元件。在新疆农业节水灌溉系统中设计无线传感器网络，采用的湿度传感器是瑞士的SHT10温度湿度传感器，该传感器将温度湿度传感器、信号方法校正、数据转换以及总线接口都集成于一个芯片，因此能够给出先对准确的温度以及湿度输出。在对处理器进行选择时，选择的是AVR单片机，其特点就是功耗低，同时能够使用各种低功耗的要求，同时由于其具有良好的处理器功能，所以能够为整个系统提供良好的系统功能控制。除此之外，设计的系统还使用了CC2430芯片，因为其支持最新的信息传输协议，同时内部还具有可编程闪存的运行内存，包含模拟数字转换器、几个定时器和协同处理器。和传感器节点相比，基站的通信以及计算任务较重，所以需要其具备良好的计算能力和运算速度^[3]。因此在实际系统硬件设计的过程中选择了相对较好的基站硬件。在实际对硬件进行设计的过程中，为了充分满足新疆农业节水灌溉系统应用的要求，在对能源供应选择上使用了新型的能源，这样能有效的避免传统电能应用过程中可能会出现的布线问题以及电源控制力度较低，导致能源浪费的现象。因此在能源供应中，主要选择了太阳能供应系统对整个系统进行供电。新疆地处我国西北部，温度较高，日照条件相对较好，所以其太阳能资源相对丰富，对于太阳能产生的电能，其剩余能源能够供给农户的正常生活，进而对我国落实节能减排工作也能够起到积极的促进作用。

3. 系统软件实现

软件是实现无线传感网络在新疆农田节水灌溉系统中应用效果的主要载体，能够发挥控制硬件实现目标的作用。因此在对系统软件进行设计的过程中，应该按照系统的工作流程来对软件进行设计。首先就是对无线传感器节点进行上电初始化，通过这种方式为整个网络的形成奠定良好的基础，通过扫描频段来选定稳定的信道^[4]。当节点上电复位时，应该由节点中的模块来对整个网络进行扫描，检查节点中是否存在网络中的信息发送任务，如果发现信息不存在，那么节点以及整个网络处于休眠的状态，有信息存在时应该唤醒处理器系统来进入工作状态，在收到确认条件时，应该对其进行设置，进入休眠状态，这时候应该充分保证处理器为掉电的模式，只有外部串口中断信号才能唤醒处理器。同时设计节点应该以固定频率来对系统进行扫描，通过这种方式来有效的把握信息出现的时间，进而能够为农田节水灌溉系统的应用提供及时性。需要注意的是，信息的出现不应该能直接唤醒系统，因为这种工作方式浪费的资源较多，同时节水灌溉的效果也有限，因为信息如果及时唤醒系统，系统就会立刻及时的发送给信息终端，这样指令也会及时的传输到相关操作设备。但是传感器所获得的信息内容是具有一定延迟性的，所以可能会造成水资源使用过多，这样不仅不能实现水资源节约目标，同时还有可能对农产品的产量和质量造成不良影响。

结束语

本文主要针对现阶段新疆农田节水灌溉系统中应用无线传感器网络存在的网络布线繁琐、管理和维护难度较大的问题进行探究，设计了新型的农田节水灌溉系统，通过这种系统的应用能有效的降低无线传感器网络建设成本，提高安装和维护以及管理工作的质量和效率，保证农业生产者能够随时获得相关农田的灌溉信息，实现对农田的远程认知以及信息处理，进而促进新疆农业发展和进步。

参考文献

[1]李英华,马爱霞.农田监测无线传感器网络无分层通信协议分析[J].无线互联科技,2021,18(7):1-2.

[2]张雅琼.基于移动sink的农田无线传感器网络数据采集方法[J].农业工程,2020,10(10):29-33.

[3]何滔.基于ZigBee无线传感网络的农场智能监控系统设计[J].电子技术与软件工程,2020(11):7-8.

[4]严锡君,刘旭东.多链型农田监测无线传感器网络无分层通信协议[J].节水灌溉,2020(4):86-89+94.