一种基于无线传感网的农田入侵监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无线传感网的农田入侵监测系统及监测方法，包括若干个无线传感器节点，所述无线传感器节点之间通过ZigBee协议通信；所述无线传感器节点包括AVR微控制器和两种感应器；所述两种感应器包括被动红外感应器和超声波感应器；所述被动红外感应器用于探测有无外物入侵农田，超声波感应器用于探测外物距农田的距离；若干个无线传感器节点分为感应节点、中间节点和基站节点；感应节点通过两种感应器检测有无外物入侵农田及入侵距离，中间节点将感应节点检测的信息通过一跳/多跳的方式路由送给基站节点；基站节点通过GSM发送短信息到农户手机里，同时激活农户家里的警报器。本发明专利技术使农户可随时随地实时监测农田，具有良好的使用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农业应用
，具体涉及一种基于无线传感网的农田入侵监测系统及监测方法
技术介绍
“微电子机械系统(MEMS)”技术的快速发展促发了无线传感器网络技术的出现。在一个无线传感器网络中，感应节点能够感应一些具体的物理现象，并将感应到的数据传送到基站节点中。无线传感网现已被应用到各个领域中，例如农业、目标追踪、健康监测和野生生物追踪。由于无线传感网的资源受限性质，一个感应节点可以通过单跳或多跳方式传输数据到基站节点中。农业是非常重要的资源，尤其在发展中国家。先进的科学技术在世界范围内极大发展了农业设施。一些先进的技术，例如地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、无线传感器网络(WSN)和远距离感应(RS)，在农业设施上有很多的应用。WSN在对农田上不同活动的监测起了重大的作用。无线传感网在农业上的应用主要有以下几个部分，空间数据采集、精准灌溉、可变速率技术和提供数据。更进一步地，无线传感网可以应用到农业中的环境、天气的监测。无线传感网在农业中的应用的有以下几个优势，例如在农田环境下，监控时间长、距离决策和基于图形用户界面的监测系统。
技术实现思路
在本专利技术系统中，感应节点监视进入农田的入侵者，检测数据通过中间节点传输到数据基站节点中，基站节点再控制报警器发出警示，来提醒农户农田有入侵迹象。实现本专利技术的具体技术方案如下：一种基于无线传感网的农田入侵监测系统，包括若干个无线传感器节点，所述无线传感器节点之间通过ZigBee协议通信；所述无线传感器节点包括AVR微控制器和两种感应器；所述两种感应器包括被动红外感应器和超声波感应器；所述被动红外感应器用于探测有无外物入侵农田，所述超声波感应器用于探测外物距农田的距离；所述若干个无线传感器节点分为感应节点、中间节点和基站节点；所述感应节点通过两种感应器检测有无外物入侵农田及入侵距离，所述中间节点将感应节点检测的信息通过
一跳/多跳的方式路由送给基站节点；所述基站节点通过GSM发送短信息到农户手机里，同时激活农户家里的警报器。进一步优选，所述AVR微控制器ATMEGA 324PA-PU。进一步优选，所述被动红外感应器采用HC-SR501；所述超声波感应器采用HC-SR04。进一步优选，所述无线传感器节点包括两种工作模式：感应模式和传输模式；感应模式下，所述无线传感器节点用于监测农田；传输模式下，所述无线传感器节点作为中间节点实现信息路由。进一步优选，所述ZigBee地址模式采用16位地址。进一步优选，所述节点还包括显示屏，用于显示入侵信息。根据上述监测系统，本专利技术还提出了一种监测方法，包括如下步骤：S1，初始状态下节点处于睡眠模式，当检测到入侵者的信息时，主节点被激活；S2，主节点被触发后，将会创建并广播信息请求REQ；在REQ包中包含两个字段：type字段为标志位，用来区别信息的种类(REQ包、REP包和检测信息包)，mst_pos字段包含了主节点的位置信息；S3，所有接收到REQ包的邻近节点i，给主节点返回REP信息；所述REP包中包含四个字段，分别是消息的种类type、该节点到主节点的距离dist、该节点的剩余能量RE和下一跳节点的接收信号强度RSS；S4，主节点根据收到的返回消息REP来计算每个邻近节点i的值S，通过判断S值的大小，来选择下一跳节点i。S5，选择好下一个节点之后，主节点将检测信息包发送给下一个节点。所述检测信息包包含2个字段，分别是type字段，表示信息包的类型，mst_id字段，表示入侵信息；S6，下一跳节点i继续使用S2-S5的方法再选择下一跳节点，直至将包含入侵信息的检测信息包传送到基站节点；S7，基站节点通过GSM将检测的入侵信息发到农户手机上，并激活农户家中的报警器。进一步，所述S值的计算公式为：其中，REmax和RSSmax为一个节点的剩余能量RE和接收信号强度RSS的最大值，R是节点能够通信的最远距离，D是主节点和下一跳节点i之间的物理距离。进一步，所述REQ包中，type字段占据1个字节，所述mst_pos字段占据4个字节；
所述REP包中，type字段占据1个字节，dist字段占据2个字节，RE字段占据1个字节，RSS字段占据1个字节。本专利技术的有益效果为：1.当入侵者进入农田时，本专利技术设计的入侵监测系统可以及时给农户发短信以及触发农户家中的报警器。2.本专利技术利用基于无线传感器板的AVR微控制器技术，实时控制、精度高。3.利用被动红外感应器和超声波感应器检测入侵信息，实时性和准确性较好。4.本专利技术提出了入侵监测系统的性能评估的参数设计，有利于及时评估系统，提高使用价值。附图说明图1是本专利技术监测系统的层次结构示意图；图2是本专利技术监测系统的工作流程图；图3是本专利技术监测系统的原理示意图；图4主节点广播的REQ信息包格式示意图；图5中间节点响应的REP信息包格式示意图；图6检测信息包的格式示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术的监测系统从功能上分为四层，第一层包括两种感应器：被动红外感应器和超声波感应器。感应器本身不发射任何能量，只被动接收、探测来自环境的红外辐射。一旦有入侵者的红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，这样被动红外感应器就能够感应到入侵迹象继而被激活。超声波感应器具有频率高、波长短、方向性好等优点，超声波感应器向周围发送超声波，超声波会在遇到入侵者后返回，感应器通过返回的超声波来判断入侵者距离农田边界的距离(感应器都布置在农田边界上)。两种感应器感应到的数据通过自身的通信设备，将信息传输到第二层的微控制器，微控制器对这些信息进行采集，按照不同的信息格式对信息进行打包处理。第三层负责将信息从感应节点传送到基站节点：监测到入侵迹象后，信息通过单跳或者多跳的方式被传送到基站节点，具体传输采用ZigBee协议。第四层：运用GSM技术发送短息到农户手机里，同时激活农户家里的警报器。农户通过接收消息，能够知晓农田中的入侵状况。如图2所示，本专利技术系统的工作原理和流程如下：S1，所有节点在初始状态下处于睡眠模式，只有当检测到入侵者时，节点被激活。入侵者包括动物、人类以及车辆等。所有节点通过无线连接到网络，每个节点都能够自我调节各自的功率，一共有四个档位。这样的话，各个节点可以通过调节自身功率，达到不同的通信范围。由于功率共有四个档位，则节点的通信范围有四个阶段，定义一个感应节点能够通信的最远距离为R。每个节点包含两种感应器，被动红外感应器和超声波感应器。其中被动红外感应器能够检测到物体活动，超声波感应器可以检测活动物体距农田边界的距离。本专利技术中，一个感应节点有两种工作模式，分别为感应模式和传输模式：感应模式下，感应节点负责监测农田的入侵者；传输模式下，感应节点作为路由，将从其他节点传过来的数据更进一步的传送到基站节点中。之后基站节点再将消息通过GSM传输到农户家报警器，来产生警示信号。同时，基站节点也将发送短信到农户手机里。原理图如图3所示。假设在36米见方农田上部署了20个感应节点，如图3所示，节点布置在农田边界，排列成正方形，每个节点的参数如表1所示：表1部件参数微控制器ATMEGA 324PA-PUSRAM2KB点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感网的农田入侵监测系统，其特征在于，包括若干个无线传感器节点，所述无线传感器节点之间通过ZigBee协议通信；所述无线传感器节点包括AVR微控制器和两种感应器；所述两种感应器包括被动红外感应器和超声波感应器；所述被动红外感应器用于探测有无外物入侵农田，所述超声波感应器用于探测外物距农田的距离；所述若干个无线传感器节点分为感应节点、中间节点和基站节点；所述感应节点通过两种感应器检测有无外物入侵农田及入侵距离，所述中间节点将感应节点检测的信息通过一跳/多跳的方式路由送给基站节点；所述基站节点通过GSM发送短信息到农户手机里，同时激活农户家里的警报器。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感网的农田入侵监测系统，其特征在于，包括若干个无线传感器节点，所述无线传感器节点之间通过ZigBee协议通信；所述无线传感器节点包括AVR微控制器和两种感应器；所述两种感应器包括被动红外感应器和超声波感应器；所述被动红外感应器用于探测有无外物入侵农田，所述超声波感应器用于探测外物距农田的距离；所述若干个无线传感器节点分为感应节点、中间节点和基站节点；所述感应节点通过两种感应器检测有无外物入侵农田及入侵距离，所述中间节点将感应节点检测的信息通过一跳/多跳的方式路由送给基站节点；所述基站节点通过GSM发送短信息到农户手机里，同时激活农户家里的警报器。2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网的农田入侵监测系统，其特征在于，所述AVR微控制器ATMEGA 324PA-PU。3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网的农田入侵监测系统，其特征在于，所述被动红外感应器采用HC-SR501；所述超声波感应器采用HC-SR04。4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网的农田入侵监测系统，其特征在于，所述无线传感器节点包括两种工作模式：感应模式和传输模式；感应模式下，所述无线传感器节点用于监测农田；传输模式下，所述无线传感器节点作为中间节点实现信息路由。5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网的农田入侵监测系统，其特征在于，所述ZigBee地址模式采用16位地址。6.根据权利要求1所述的一种基于无线传感网的农田入侵监测系统，其特征在于，所述节点还包括显示屏，用于显示入侵信息。7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种基于无线传感网的农田入侵监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，初始状态下节点处于睡眠模式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭坤祺，涂曦瑶，徐东进，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32