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水稻高温热害无线传感器网络监测系统研究

曹元军  
【摘要】:本文针对农业气象灾害监测技术及无线传感器网络平台进行了分析研究,结合国内外WSN的最新研究成果,提出了水稻高温胁迫无线传感器网络监测系统的体系结构。本文所做的研究工作有如下几点: 1.对无线传感器网络监测系统进行总体设计,按照模块分为:水稻高温热害评价指标数据库模块、气象资料数据库模块、无线传感器网络监测模块、高温热害显示查询模块和灾害信息决策与预警模块。 2.无线传感器网络监测系统的硬件设计的核心是无线传感器节点设计。以监测网络节点相匹配和节能为出发点,选择了相关型号满足要求的芯片,主要设计了Flash外部电路、RSSI输出电路、传感器节电电路、电池电压监测电路。完成了汇聚节点的串口功能电路设计。 3.针对小区域水稻高温危害监测的特点,选用了节点无线通讯为开放的433MHz频段,对选用的收发芯片进行了射频休眠程序、射频频率编程和数据发送接收程序开发;为取得高温数据采集的准确性,选用高精度温湿度传感器,设计了测温驱动程序及数据采集程序;为了让监测系统能量能得到充分利用,提出节点剩余能量的分簇算法,使网络节点的能耗均衡,延长了节点的工作时间;监测系统采用星型拓扑组网,并对其通讯协议进行了设计。 4.研究分析了镇江市产稻区从1980年至2001年的七月中旬到八月中旬的最高气温数据,对气温大于或等于35℃的持续天数出现的年份数进行统计分析,表明镇江丘陵地区出现日最高气温高于35℃持续6d的高温天气占统计年份的50%。建立的灰色预测模型GM(1,1),可以用来预测短期高温天气。 5.为了取得适用于高温胁迫监测系统的水稻高温危害评价指标以及更深层次了解其危害机理,在人工气候室进行了高温胁迫对水稻拔节期影响的试验。本试验结果表明,经高温处理1d、3d、5d后,水稻净光合速率(Pn)较对照组均明显降低,均在13:00(温度设定为40℃)降到最低,分别下降了0.21%、29.9%、44.4%。 对所设计的水稻高温热害无线传感器网络监测系统进行了田间高温监测测试,试验结果表明,监测系统达到预期设计要求。


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