水稻高温热害无线传感器网络监测系统研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 农业气象灾害监测技术现状
• 1.2.2 无线传感器网络在农业领域应用研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 本章小节
• 第二章 水稻高温热害无线传感器网络监测系统的总体设计
• 2.1 水稻高温热害无线传感器网络监测的系统需求
• 2.2 无线监测系统的总体设计方案
• 2.3 本章小节
• 第三章 无线传感器网络监测系统的硬件设计
• 3.1 无线传感器网络的硬件组成
• 3.2 无线传感器节点的硬件设计
• 3.2.1 数据处理模块硬件设计
• 3.2.2 无线通讯模块硬件设计
• 3.2.3 传感模块的硬件设计
• 3.2.4 能量供应模块硬件设计
• 3.3 汇聚节点的硬件设计
• 3.4 本章小节
• 第四章 无线传感器网络监测节点的软件设计
• 4.1 传感器模块软件设计
• 4.1.1 温湿度传感器驱动软件设计
• 4.1.2 SHT15数据采集程序设计
• 4.2 无线通讯模块软件设计
• 4.2.1 射频休眠程序设计
• 4.2.2 射频频率编程设计
• 4.2.3 数据的发送和接收程序设计
• 4.3 能量的分簇算法
• 4.4 汇聚节点串口通讯程序设计
• 4.5 星型网络拓扑通讯协议实现
• 4.6 无线传感器网络监测系统田间测试
• 4.7 本章小节
• 第五章 镇江丘陵地区高温发生规律的研究
• 5.1 历史气象数据分析
• 5.1.1 五天平均最高气温分析
• 5.1.2 旬平均最高气温分析
• 5.1.3 月平均最高气温分析
• 5.2 基于灰色模型 GM（1,1）预测气温
• 5.2.1 建模的可行性
• 5.2.2 模型建立
• 5.2.3 模型精度检验
• 5.2.4 预测实例分析
• 5.3 本章小节
• 第六章 高温胁迫对水稻生长影响的试验
• 6.1 高温胁迫对水稻光合作用和荧光动力学影响试验
• 6.1.1 材料与方法
• 6.1.2 结果与分析
• 6.1.3 讨论
• 6.2 高温胁迫对水稻叶片水势和叶绿素含量影响试验
• 6.2.1 测定指标与测定方法
• 6.2.2 结果与分析
• 6.3 本章小节
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本课题所完成的主要工作及结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录一 无线传感器节点原理图
• 附录二 水稻荧光动力学部分指标试验图片