无线传感器网络在农产品质量溯源中的应用.docVIP

无线传感器网络在农产品质量溯源中的应用 摘要：随着食品安全问题的日益突出，毒大米，毒生姜，毒猪肉，农药残留超标等等频频出现在我们生活中，人们不禁要问，我们怎样才能吃上放心的食品呢？随着科技的发展，我们可以应用科技的手段监控农产品生产的过程，使消费者能够知道产品生产的每一个环节，通过这个朔源能够对食品生产起到监督的作用。本文主要介绍无线传感网络（WSN，Wireless Sensor Networks）的基本原理，介绍如何在大棚和大田种植两种方式下应用无线传感网络实现农产品的朔源。 关键词：无线传感网络 大棚种植 大田种植 传感器节点 无人驾驶 1．无线传感网络概述 无线传感网络是布局在监控区域内的多个传感器节点组成，节点具有感知采集，计算处理，无线通信和自组织网络的能力，彼此相互协作，完成检测任务。 1.1无线传感网络的架构及特点 信息的获取、传输、处理、应用是数字农业研究的四大要素。先进的传感器和智能信息处理是保证正确地定量获取农业信息的重要手段。无线传感器网络为农业领域的信息采集与处理提供了新思路，弥补了以往传统数据监控的缺点，已经成为现代农业的研究热点。借助传感器网络可以实时向农业机构提供土壤、作物生理生态与生长的信息以及有害病虫监测报警。 传感器网络节点通常由四个部分组成：处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源管理单元。其中传感器单元中能耗与应用特征相关，采样周期越短、采样精度越高，则传感器单元的能耗越大。我们可以通过在应用允许的范围内，适当地延长采样周期，采用降低采样精度的方法来降低传感器单元的能耗。事实上，由于传感器单元的能耗要比处理器单元和无线传输单元的能耗低得多，几乎可以忽略，因此通常只考虑处理器单元和无线传输单元的能耗问题。 传感网络由传感控器节点、汇聚节点、现场数据采集处理决策及终端用户管理节点构成。分布在监测区域的传感器节点对所监控的信息进行初步处理后，以多跳中继的无线方式把数据传递到汇聚节点，然后经卫星、互联网或移动通信网等途径到达终端用户管理节点。终端用户也可以通过管理节点对传感器网络进行管理和配置，发布监测任务或收集处理回传的信息。 传感器节点通常是一个带外围传感器的低功耗嵌入式MCU，电池供电，计算和通信能力有限。节点具有终端采集和路由双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发过来的数据进行存储，管理和融合等处理。数据沿着节点逐跳进行传输，在传输过程中可能被多个节点处理，经过多跳路由最后传到汇聚节点。 汇聚节点又称为网关节点，其数据处理能力、存储能力和通信能力相对较强，连接传感器网络与Internet和GPRS等外部网络，可以将节点传递过来的数据转发至外部网络，同时能发布用户的检测任务至各个节点。汇聚节点可以是一个具有增强功能的普通传感器节点（足够的能量供给、更多的内存计算资源），也可以是一个仅带无线通信接口没监测功能的特殊网关设备。 终端用户管理节点通过实时获取的相关信息，结合专家知识经验进行分析和科学决策，为农业生产管理提供预警及决策支持。同时用户也可以通过终端管理和分析软件来观测网络的运行情况，并能对网络中的各个节点进行管理和监控。 2.无线传感网络在农业中实际应用 2．1应用1 2.1.1大棚蔬菜种植 随着中国近年来城镇化进程，越来越多的人进入到了城市，城市对蔬菜的需求也越来越大，怎样保证每一个家庭都能吃上放心的菜是我们面临的一个巨大的问题。大棚蔬菜里应用无线传感器网络能够让蔬菜的种植更加智能化，首先我们在大棚里装有许多的无线传感网络节点。这些网络节点具有许多高精度的传感器，它能精确感知各种物理参量，如温度，湿度，二氧化碳浓度等等，在终端PC机上能够获取各个节点的数据，从而能够有效控制其最适宜的生长环境，这样可以减少农药的使用，甚至能够使用物理防治的手段而无需使用农药。而农户可以在办公室里操作一下电脑便可完成对大棚的管理，大棚的一些数据还可被将来的消费者通过互联网查询到，了解他们所买的蔬菜出至哪里，生长环境如何等等。 2.1.2大棚蔬菜种植的一个无线传感网络节点 在大棚的蔬菜种植里面，通过测试每个区域的温度，湿度，光照强度，CO2浓度等指标实时控制作物生长的环境，给作物提供一个适宜生长的环境实现效益的最大化，不但可以减少农药的使用还能减少化肥的使用。 大棚蔬菜的无线传感网络节点结构框图如图1所示，它主要由温度传感器，湿度传感器，光照强度传感器，CO2浓度传感器，A/D转换模块，CPU模块，电源模块，无线发射模块等部分组成。 图1 无线传感网络节点原理框图 无线传感网络节点的各个传感器通过测量大棚内的温度，湿度，二氧化碳浓度，光照强度经A/D转换送至CPU进行简单的数据处理将温度，湿度，二氧化碳浓度光照强度通过无线射频模块发送给接收终端。终端可以在实验