无线农业墒情监测系统设计新型便携式无线墒情综合监测仪比对分析

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1、-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

2、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

3、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DustNetworks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

4、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

5、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-WR843N3G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

6、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

7、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，

8、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。监控中心运行有接收程序，能够将网关转