基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的草原環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、草原在人類的生產(chǎn)生活中，特別是自然環(huán)境的保護與完善中發(fā)揮著重大的、其他生態(tài)系統(tǒng)無法取代的關(guān)鍵作用，例如保持水土、防風(fēng)固沙、維持碳平衡、影響氣候變化、生產(chǎn)生物產(chǎn)品等等。更重要的是當代社會非常注重農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，保護和養(yǎng)育草原植物和動物、保持生物多樣性、合理放牧，維持草原生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展成為重中之重。
　　 本研究結(jié)合東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動科學(xué)院“東北草甸區(qū)域草地承載力與家畜配置”項目進行，其試驗原理是通過測量不同季節(jié)不同載畜量放牧后的土

2、壤營養(yǎng)成分和pH值的變化，來決策合理的季節(jié)放牧、合理的載畜量。為了更有效的測量土壤的營養(yǎng)成分和pH值變化，需要對影響其變化的環(huán)境因素進行監(jiān)測，綜合分析和考慮草原載畜量的增減情況，這也是本文研究的主要內(nèi)容。根據(jù)動科學(xué)院課題需要，首先，測量放牧季節(jié)不同載畜量放牧后的土壤環(huán)境變化，來決策合理的載畜量。其次，測量特定草甸區(qū)域的氣象變化情況，監(jiān)測環(huán)境中的空氣溫濕度、降雨量、風(fēng)速風(fēng)向、光照度等因素，便于總結(jié)該草原的不同季節(jié)的氣象變化對載畜量和添磚量

3、的影響。本設(shè)計采用目前最為流行的ZigBee技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)的最新發(fā)展動態(tài)，組建成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。首先，結(jié)合“東北草甸區(qū)域草地承載力與家畜配置”項目要求，設(shè)計基于ZigBee技術(shù)的無線樹型傳感器網(wǎng)絡(luò)。其次，進行軟硬件和上位機設(shè)計，硬件部分包括：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的射頻模塊、GPRS模塊的選擇；土壤水分傳感器、土壤溫度傳感器、空氣溫濕度傳感器、雨量傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器和照度傳感器的選擇；太陽能供電系統(tǒng)的設(shè)計；協(xié)調(diào)器以及傳感器節(jié)點硬件

4、電路的設(shè)計。軟件部分包括：對ZigBee底層協(xié)議進行深入研究，實現(xiàn)節(jié)點低功耗設(shè)計；以TinyOS為操作系統(tǒng)，用nesC語言完成各節(jié)點的應(yīng)用程序開發(fā)。上位機部分包括：對GPRS進行網(wǎng)絡(luò)編程，結(jié)合ASP.NET技術(shù)、WebGIS技術(shù)和SQLServer技術(shù)構(gòu)建基于B/S結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，開發(fā)出上位機監(jiān)控軟件，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)及特征曲線圖查詢、數(shù)據(jù)存儲和發(fā)布等功能。最后，進行系統(tǒng)運行與調(diào)試，搭建ZigBee無線傳感器

5、網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)協(xié)調(diào)器與GPRS模塊的通信。本文的創(chuàng)新點包括：本文將風(fēng)速風(fēng)向、光照度等傳感器與ZigBee技術(shù)相結(jié)合，并應(yīng)用在草原環(huán)境監(jiān)測中，尚未見文獻記載；本文中采用多種方法降低系統(tǒng)的功耗，硬件低功耗設(shè)計采用控制傳感器電源開關(guān)時間的方法，軟件低功耗設(shè)計主要采用外部中斷喚醒睡眠節(jié)點的方法；實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸格式的設(shè)計，系統(tǒng)可識別多路協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)，并預(yù)留了字節(jié)，方便系統(tǒng)擴展。系統(tǒng)可以應(yīng)用于大范圍區(qū)域，不受監(jiān)測區(qū)域面積限制。實驗表明，該設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對草