一种基于物联网的果林环境远程监测无线通讯实现方法与流程

本发明涉及一种无线通讯实现方法，尤其是一种用于农业果林环境中的基于物联网技术的近距离就地无线传感网络结合远距离无线网络的远程监测无线通讯实现方法。

背景技术：

我国是一个农业大国，果林是农业生产中的重要组成部分，是农业经济的重要影响因子。果林多分布在山地、丘陵等地区，且地域面积广阔，其栽培种植环境复杂，植株生长会受到多因素的影响。其中，温度、湿度、光照强度、土壤水分等环境因子尤为重要，果林环境信息监测成为现代农业发展的必然趋势。而信息能否有效、可靠、实时的传送到远程监测中心是整个果林监测的关键环节。随着物联网技术的发展，监测信息的远程无线通讯是解决果林环境通讯距离远、布线困难等问题的关键技术，是提高环境信息监测效率的有效途径。因此，基于物联网技术的果林环境远程监测无线通讯实现方法能够提高生产效率、减少劳动强度，实现果林现场自动监测，少人化、无人化值守，提高作物果实的质量。

目前，随着自动化技术、通讯技术的发展，国外的农业监测系统已经形成采用有线结合无线的通讯方式进行无人值守监测，但多以就地监测监控为主，农业无线远程监测领域的研究还没有深入。同时，我国农业信息监测管理系统也取得了较大的进步，一些诸如以太网、组态控制等技术已经应用到农业环境系统中。但是，我国农业监测方面还存在以下问题：

（1）由于采用传统的有线网络，布点受限制，监控点的选择一般都在靠近有线接入点的地方，极大限制了布点的灵活性；

（2）布点工程量大，需要铺设网线和光纤，基础网络的工程量往往会很大，一般有线监控比较适用于已存在基础网络条件的场合，而不是诸如果林这样的野外复杂环境；

（3）工程周期长，铺设基础网络耗时耗力；欠缺灵活性，扩展和调整不方便，会增加工程量和不必要的基础网络建设的浪费；缺乏移动性，这是有线网络的先天缺陷。并且，现有监测系统由于采用有线通讯方式，只能进行就地监测监控。这对处于山地、丘陵等复杂地带的果林来说，在现场建立监测中心难度大，致使专家得不到实时数据，对果树的生长状态难以掌控，使得果树生长环境存在一定的安全隐患。

因此，研发一种可以可靠传输果林生长环境实时信息，确保远程监测中心能够对现场进行有效监测的无线通讯方法是现代农业信息监测管理系统迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种基于物联网的果林环境远程监测无线通讯实现方法，以解决果林环境存在的监管力度差、布线困难、浪费人力物力等问题，对果林现场实现实时远程动态监测，为作物生长提供可靠的环境数据依据，保证果树生长环境安全。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种基于物联网的果林环境远程监测无线通讯实现方法，主要通过Zigbee近距离无线传感网络和GPRS远距离无线通讯方式两个部分实现。

所述Zigbee近距离无线传感网络通过物联网感知层Zigbee模块、模拟量采集模块及传感器构成；其中，传感器节点的布置采用正六边形部署方式；近距离无线局域网由Zigbee节点组成，Zigbee协调器发起建立网络程序，并通过地址判断程序对其他节点加入网络的过程进行监督。

除协调器外的Zigbee节点执行加入网络程序。通过扫描网络、信道等程序判断是否存在协调器已发出入网响应，若存在，则选择响应主节点进行加入；若不存在，选择休眠或重新进行扫描。

所述Zigbee近距离无线传感网络组网成功后，与GPRS模块进行协议对接。所述GPRS模块中内嵌Zigbee协议，从Zigbee近距离局域网获取数据，通过单片机转发到GPRS通信芯片内部，完成数据的局域网向广域网扩展，从而延长通信距离。GPRS模块可通过移动SIM卡号码与监测中心组态王取得联系，完成信息握手。GPRS连接INTERNET程序， 从而将远在千里之外的果林农业现场环境因子信息通过无线方式传送到中央信息中心。该实现方法可有效提高农业的智能化水平，同时可避免果林由于突发状况而遭受的损失。

本发明的有益效果是：解决了果林因种植面积大、果树生长环境复杂而导致的传感器布线困难、通信受阻等问题，果林管理人员可以通过无线传感网络便捷布置节点，且网络规模设置灵活，采集面广，感知范围大，实现了果林无线传感网络全覆盖。因此，可以采集到果林现场的各种环境因子信息，真正实现物联网全面感知；并可通过手机等其他终端登录网页访问监测数据，无论管理人员身在何处，只要能够连接Internet，便可以实时掌握果园生长信息；所述远程无线通讯方法实现了监测信息的远程传送，便于管理人员对果园环境因子进行获取、分析、处理，从而避免意外事故发生，提高果园生产效率。

附图说明

图 1是本发明果林环境因子监测系统架构示意图；

图 2是本发明传感器节点部署示意图；

图 3是本发明中Zigbee协调器建立新网络的程序流程图；

图4是本发明中其他Zigbee节点入网的程序流程图；

图 5是本发明中GPRS连接INTERNET的程序流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施方案仅仅用于解释本发明，并不用于对本发明进行限定。

如图1，本发明是基于果林环境数据监测系统物联网三层架构的硬件平台，通过在IAR Embedded Workbench集成开发环境中编写并在线调试Zigbee C语言程序实现的。

如图2所示，本发明中所述的基于物联网的果林远程监测无线通讯是通过下述方法实现的：

首先利用无线传感网络规则化分析方法，进行果园无线节点部署分析；根据正六边形部署规则并按照传感器的二元感知模型可知，设传感器节点所在区域的坐标为，区域平面上任意一点，从传感器节点处监测发生事件的概率如公式

式中，是节点到取样点之间的距离，，如图2所示，根据二元感知模型，计算得出正六边形部署特性：相邻节点距离为，区域面积为，交叠区域距离为，交叠区域面积则为。同理可知，正四边形部署相邻节点距离为，区域面积为，交叠区域距离为，交叠区域面积则为。所述果林远程监测无线通讯实现方法的正六边形部署，相邻区域中心距离最大，其交叠区域面积最小，交叠距离最小，节点间干扰较小；其覆盖面积最大。因此，果园无线传感网络节点按照正六边形进行部署。

在本发明中无线传感网络节点选用Zigbee节点，所述无线传感网络的近距离局域网的Zigbee协调器发起建立网络程序流程图如图3所示。Zigbee模块节点上电后，Zigbee协调器扫描并建立网络，随后接收其他Zigbee节点加入网络的请求。进而Zigbee协调器进行地址分配，并判断网络中地址分配是否已满。如果，地址已满，则证明该网络饱和，不能再有Zigbee节点加入，节点加入失败后节点自动进入休眠状态；如果地址分配未满，则Zigbee协调器对网络中已经入节点进行16位短地址分配，并在此时，Zigbee协调器发送入网响应。Zigbee节点判断子节点是否成功加入网络，如果加入失败，Zigbee节点再次进入休眠状态；如果加入成功，则会采集传感器信息并进行数据发送。

与此同时，在上述Zigbee协调器建立网络的过程中，Zigbee路由器及终端节点等加入网络，程序流程图如图4所示。Zigbee其他节点上电后，开始扫描网络，判断当前是否存在网络，如果不存在，则继续进行扫描；若存在，则选择相应主节点并在此时发送入网请求。如果入网请求没有得到对方响应，则Zigbee其他节点则寻找判断是否有可申请的协调器，如果存在则继续选择主节点；如果不存在这样的协调器，则Zigbee其他节点加入失败，节点会进入休眠状态。但节点此时若得到协调器的响应，则Zigbee其他节点加入网络成功，并发送与协调器绑定请求，若没有收到绑定允许，则继续进行请求；若绑定成功，则进行数据发送。此时，Zigbee近距离局域网组建成功。

所述远程无线通讯实现方法的底端无线近距离局域网搭建完成后，传感器采集的信息通过Zigbee无线传感网络传到GPRS，GPRS启动执行远距离数据传送任务。GPRS连接INTERNET的程序流程图如图5所示。对GPRS进行软启动后，等待GPRS进行注册，注册成功后，计算机IP地址为公网IP的的基础上，设置APN节点。GPRS通过PPP拨号的形式连接服务器。如果连接成功，则GPRS可将现场数据发送到指定IP地址的电脑上；如果连接失败，则再次尝试连接服务器，直到成功为止。

综上所述技术方案的实施，其特点在于本发明实现了基于物联网技术的果林远程监测无线通讯，当果林种植面积广大、地形环境复杂、监测量多时，系统能够快速采集影响果树生长的重要环境因子，确定监测点位置，并能够将果林现场无线传感网络数据远程无线传输到应用层中央信息监测中心，此过程无需人工参与；整个无线传感网络的布置根据现场要求进行，实用性高。这样，果林现场作物生长的重要环境信息可自动采集、实时远程地将数据传送到信息监测中心，无需人工干预，系统能够快速准确的完成现场数据采集，传感器节点个数根据实际需要进行布置，灵活性高。无论管理人员身在何处，只需登录对应IP地址就可获取果林现场的果树生长数据，便于管理人员实时掌握果树长势状态，提高了现场监测的透明度，保证了作物产出的质量和高效性。