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作者：李世榮陳永智廖惜春單位：五邑大學信息工程學院

系統的結構及工作原理

1系統硬件組成

本文設計的基于STR-30組成的實時監控系統如圖1所示.其中無線傳感器網絡節點電路以STC12C5A60S2單片機為控制核心，由多個節點組成分布式無線傳感器網絡.網絡的數據樞紐是本系統的匯聚節點(sink).無線傳感器節點硬件電路結構如圖2所示，其核心是微處理器.數據采集端配有溫度、濕度、光照、CO2、土壤水分以及pH值測量等傳感器組，還配有無線數據傳輸模塊、通信接口以及外部存儲器等.另外，系統還預留了重金屬檢測等傳感器接口（圖2中未標出）.每個節點的微處理器根據自帶傳感器模塊提供的數據時序，實時進行數據采集、分析處理、傳輸和接收遠程控制信息.當某一節點所帶傳感器檢測到的某參數指標超標時，該節點將自動發出告警信號.

匯聚節點與PC機連接，可接收來自各節點的信息，能及時發現并確定發出信息的節點所在的位置，將各傳感器的數據按照預定的協議發送到PC，由PC將數據實時存儲和顯示，并根據接收到的實時數據與預置參數進行比較以判斷被檢測區域作物的生長環境是否達標，也可根據需要對某節點的工作狀態或參數作相應調整.此外，系統還可根據實際情況，自動或人工對全部(或部分)節點進行參數指標的修改，如夏天和冬天溫度不同.本系統還可加入自動控制模塊，如自動灌溉、控溫或排風等模塊.

2無線數據通信模塊

本系統STR-30型微功耗無線數據傳輸模塊工作于ISM頻段，無需申請頻點，具有多信道、多速率、傳輸距離遠、高抗干擾能力和低誤碼率等優點.STR-30的引腳功能說明如表1所示.

3傳感器模塊接口電路

各節點硬件電路如圖3所示.其中微處理器（STC1）是數據處理與I/O口的控制核心，外圍主要接口與各傳感器通過串行通信接口（RS232）與無線通信模塊相連接，該接口也可用于調試及程序下載.本系統還預留了一定的外圍I/O接口，以便擴展其他傳感器或自動控制模塊.系統中，空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、光照強度傳感器、CO2濃度傳感器等模塊的輸出量均為數字量，pH值數據為模擬量.

系統軟件設計

系統軟件由傳感器節點驅動程序、網絡路由驅動程序以及PC通信、數據處理等程序組成.各節點傳感器采集的相關數據通過無線模塊STR-30與PC控制終端進行通信，終端能及時準確地處理并顯示各節點的數據，同時也能對各節點進行相關控制操作.

本文僅以傳感器節點驅動程序的軟件設計為例，其主程序流程如圖4所示.傳感器節點驅動程序主要完成數據的采集處理以及與PC終端進行通信、工作狀態的調整等功能.系統接收終端（PC）數據處理及顯示界面的軟件設計是基于MFC開發的.主要功能是通過驅動匯聚節點，實現與各傳感器節點之間的全雙工無線電通信，接收、存儲、查詢、實時顯示數據，查看各節點傳感器的工作狀態，設定各節點傳感器參數指標以及當某一節點數據超標時觸發告警等.

系統測試

系統測試主要包括下位機節點的測試和上位機控制終端的測試，其中下位機各節點的測試可以通過觀察上位機的數據直接知道.系統的調試主要是各傳感器模塊的調試以及上位機軟件的調試，上位機的測試主要是各功能模塊的測試.經實地測試，節點間的通信距離在開闊的視野范圍內可達到600m左右，且能穩定地收發數據.系統上位機的界面效果圖如圖5所示. 設定各節點傳感器參數指標、查看歷史記錄以及某一節點數據超標時的告警信息等實際測試結果圖拼接如圖6所示.各類數據都可以實時記錄在SQL數據庫中以便備查.

結論

本系統運用了單片機控制技術、傳感器網絡技術、無線數據傳輸技術和農用傳感器數據分析處理技術等，可實現對大型農場、蔬菜大棚、森林、水產養殖等的智能監控.系統實驗結果表明，其通信距離可以達到約600m，既能準確實現空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度、CO2濃度等數據的采集，又能實現與終端的交互式通信、工作狀態的自動調整、數據的保存查詢、各傳感器數據和提示信息的顯示等功能.本系統將無線傳感器網絡與現代智慧（精準）農業中所用的傳感器結合，用于現代大型農業的生產管理過程，在一定程度上實現了農業大棚種植、倉庫管理等的無線遠程監控，確保了農產品質量可監控、可追溯，為農產品質量監控和生產管理提供了有力的技術支持.