便携式无线墒情监测仪在柑橘园墒情监测的应用便携式无线墒情监测仪在柑橘园墒情监测的应用.doc

便携式无线墒情监测仪在柑橘园墒情监测的应用 摘要：针对传统的土壤墒情监测手段存在的监测范围小、采样率低等不足，而采用BWS-100的便携式无线墒情监测仪就可以解决这些问题。网络和J2EE三层B／S架构技术的柑橘园土壤墒情远程监控系统采用具有ZigBee无线数据传输功能的XBee．PRO模块和ECH20犁土壤水分传感器EC．5为核心组成传感器节点，部署于柑橘园的各个采集点对土壤墒情信息进行采集、预处理和无线发送等J二作，通过基于ARM9的嵌入式嘲关与Internet网络连接，采集数据传输至远程Web主机，通过远程监控中心系统实现对采集数据分析处理和系统运行的远程和实时监控。进行了不同距离的传感器节点发送数据包的耗时和数据包发送成功率试验，在1 km以内耗时低于100 ms，数据包发送成功率高于98％。试验结果表明，系统实现了稳定可靠的数据传输，适合柑橘园土壤墒情的远程和实时监控。 关键词：土壤墒情，监控，设计，ZigBee技术，柑橘园 0引言 柑橘是世界第一大水果，全世界的柑橘种植面积约为74万hm2，全球有135个国家和地区生产柑橘，柑橘也是世界第三大贸易农产品。柑橘在中国有着悠久的栽培历史，中国柑橘栽植面积居世界首位，年产量居世界第一位(The 11m International Citrus Congress，2008)。 近年来在发展柑橘优势产业的过程中，柑橘生产中季节性干旱影响产量和品质的问题越来越突出。柑橘园土壤含水率的多少，直接影响着果树新梢和果实的生长【l】。通过调节土壤水分对温州蜜柑产量及果实品质影响的研究表明，土壤含水率与柑橘的产量和品质密切相关，且当土壤含水率是土壤最大含水率的75％左右时最利于柑橘果实产量和品质的提高。因此，迫切需要一种合适的技术来实现柑橘园土壤墒情信息的快速和有效获取，以便在高温干旱少雨期利用珍贵的有限水资源对柑橘进行适时适量的灌溉，满足柑橘对水的生理需求，从而确保柑橘的稳产增收。 土壤墒情，也称土壤水分，是指在特定的土壤中所含水分多少的状况。它是十壤自身的重要组成物质之一，也是构成土壤肥力的一个重要因素，更是农田作物生长生育的基本条件【2】。如何实现土壤墒情信息的快速和有效获取，以及如何实现信息传输的低成本和高可靠性是现代农业工程中的一个重要研究内容，农业生产的环境和生产过程的特殊性，使得土壤墒情信息获取具有很大困难。 由于传统土壤墒情监测手段的监测范围小、人工依赖性大、监测困难等，在实际应用中有很大的限制。近年来，中国科研人员虽然开发成功了一些土壤墒情远程监测系统，然而从应用现状来看，现有的土壤墒情监测系统还存在明显不足I孓71。大多数系统采用RS232总线、CAN总线等有线通信技术，虽然具有设备互操作性好、抗干扰能力强等优点，但由于采集点分散、所使用的线缆成本较高，而且不易扩展、维修困难；部分系统采用如蓝牙、GSM等无线通信技术，具有速度快、运行可靠、可远距离传输等特点，但功耗大、成本高等不足也限制了这些技术的进一步推广应用。 ZigBee技术是一种新兴的低功耗、低速率和低成本的无线通信技术，主要用于近距离无线通信。针对现有的土壤墒情监测系统存在的问题，为此本研究把传感器检测技术、ZigBee无线网络技术与和计算机Web应用软件开发等技术相结合，开发具有自主知识产权的柑橘园土壤墒情远程监控系统，实现对柑橘园的土壤墒情信息的自动采集、无线传输、实时监测、网络发布和远程监控等功能，既满足了柑橘生产的需要，又解决了传统监测手段的种种不足和诸多困难。 1 系统整体结构设计 1．1系统整体结构 柑橘园土壤墒情远程监控系统整体结构如图1所示。 从逻辑结构上系统可划分为3个子系统：数据采集与传输子系统、数据存储与管理子系统、远程监控中心软件子系统。 数据采集与传输子系统：数据采集节点由部署在柑橘园内大量传感器节点组成。这些节点是由采集节点和一个汇聚节点组成。采集节点用于采集柑橘园内的土壤墒情信息，以无线通信方式发送给汇聚节点。汇聚节点作为整个网络的核心节点，把接收的采集信息传送到一个带有ARM核心模块的网关，通过Intemet网络，网关把采集信息传送至远程Web主机。 数据存储与管理子系统：由SQLServer2005数据库服务器平台和运行在数据库服务器上的数据分析处理程序组成。该系统接收并处理网关传送过来的信息，如属于合法信息则存储到数据库中。此外数据库中还存储了无线传感网络的配置信息、传感器节点各种属性信息和操作人员信息等系统信息。 远程监控中心软件子系统：远程监控中心软件子系统是监测整个系统运行的窗口，由于系统是基于B／S架构的网络应用系统，能实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式(如LAN、Intemet／Intranet等)对系统进行操作访问，有效地保护了数据平台和管理访问