无线农业墒情监测系统与新型便携式无线墒情综合监测仪比对分析.docVIP

无线农业墒情监测系统与新型便携式无线墒情综合监测仪比对分析 摘要：本系统旨在实现偏远地区的农业生长无人化管理。本系统由3部分组成，带有网关的无线传感网络、3G路由器和远端监控中心。由于偏远地区网络基础设施落后，无线传感网络收集的农作物生长的环境参数，不方便以有线网络的方式传输到监控中心。于是本系统采取了3G远程监控的方式，借助运营商的3G网络，实现无线传感网络和远程监控中心的双向通信。 　　关键词：3G 无线传感网 远程监控 便携式无线墒情综合监测仪 　　1、系统模型 如图1所示，无线传感网络由一个管理节点网关manager和若干个子节点组成，可形成mesh网络结构。子节点将收集的农作物生长参数信息，比如温湿度、光照、二氧化碳浓度等，以无线的方式，汇聚到网关manager。本网关带有以太网口，可直接通过网线和3G路由器相连。然后3G路由器，通过其上的3G网卡，将数据通过互联网传递到远端的监控中心。监控中心上运行有相应的接收程序，能够将传感器网络的数据存入数据库，以供显示查询。监控中心上的程序，同时还能对数据进行分析，并显示预警提示，做出自动化控制。控制命令通过互联网、3G路由器，搜寻到网关manager，然后由网关manager控制相应子节点的行为，比如开启阀门实现自动浇水。下面分别介绍这三部分的结构。 　　2、无线传感网络 　　2.1 传感网络功能结构 　　本系统中的无线传感网络子节点，采用Dust Networks公司提供的M2510无线模块，网关manager采用M2511无线模块。该模块组成的无线传感网络，具有稳定性好、可靠度高、功耗低、可休眠等优点。子节点上可扩展外接温湿度、光照等等各种传感器。该无线模块需配合外接单片机使用，单片机对传感器数据进行处理后，由无线模块，经过直连或者多跳的方式，将数据传递到网关manager。 如图2所示，传感器节点上带有的光照、湿度、温度等传感器，能够实时的采集农作物生长的环境信息，并通过无线传感网络，将数据汇聚于网关节点。同时传感器节点上还连接有控制电灯和浇水的电磁阀，当节点接收到来自监控中心的控制命令时，能自动调节电磁阀，控制光照和湿度。 　　2.2 传感网络拓扑结构 　　如图3所示，该模块组成的传感器网络，每个节点都有两个及两个以上的父节点；该结构很好的保证了网络的稳健性和可靠性。当上级节点停止工作时，下级节点能自动搜寻并连接新的节点形成新的拓扑结构。通过网关manager的配置页面，可以查询网络的拓扑结构和节点状态，并对网络参数进行配置管理。 　　3、3G路由器 　　本系统中的网关manager，带有以太网输出接口，能直接以太网连接本地电脑，实现传感网络数据的查询和管理。但是考虑到实际应用情况，在偏远农田地区，没有完善的网络设施，管理人员也不可能长期坚守在田地里。因此，本系统提出了基于3G路由器的远程监控管理方案。 　　3.1 网关和路由器的连接 　　目前3G路由器以其网络无处不在，深受广大用户欢迎。本系统采用的为TP-LINK公司提供的TL-WR843N 3G路由器，其上有1个WAN口，4个LAN口，同时还可以作为WIFI热点（本系统中暂时不考虑wifi功能）。插上3G上网卡之后，直接用网线连接路由器的LAN口和电脑的RJ45接口，电脑便能实现3G上网。 　　3.2 路由器的配置 在本系统中，用网线直接连接网关manager的RJ45接口和路由器的LAN接口，路由器的默认IP地址为192.168.1.1，在网关manager的配置页面中，设置静态IP：192.168.1.103，设置默认网关IP：192.168.1.1。由于网关manager是位于路由器下的局域网内，局域网对外有一个统一的IP，即运营商为3G路由器分配的IP。而局域网内的主机，则获取的是由路由器分配的内网IP，均以192.168.X.X开头。因此，互联网用户无法直接通过网关manager的IP来找到网关。在这里，我们在路由器的配置“转发规则”中，设置相应的端口映射，即将远程监控中心访问网关manager的程序，能通过访问路由器直接映射到网关manager上。这样，就实现了网关manager的远程访问。 　　4、远程监控中心 在本系统中，由于网关manager的特殊结构，需要由远程的监控中心去主动连接manager。类似于manager作为一台位于局域网的虚拟服务器，而远程监控中心是客户端，由客户端主动向服务器发起连接；当服务器响应后，两者之间即建立了稳定的连接。 远程监控中心运行有客户端程序，通过以特定的端口申请连接3G路由器，而路由器上设置有端口映射。这样，客户端程序就找到了位于局域网内的网关manager。两者连接过程如图6所示。两者建立连接后，网关将收集到的传感器数据，转发给远程监控中心。监控中心运行