精準農業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )

1)信息中心即管理節點(diǎn)，負責接收匯聚節點(diǎn)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )上行發(fā)送的數據，并提供Web服務(wù)功能；當傳感器節點(diǎn)工作失常，或者“死亡”時(shí)，應能及時(shí)采取相應措施。
2)匯聚節點(diǎn)周期性發(fā)送信標幀，接收傳感器節點(diǎn)發(fā)送的數據幀并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )向信息中心轉發(fā)；接受信息中心查詢(xún)命令，并向傳感器節點(diǎn)下傳完成查詢(xún)任務(wù)。
3)傳感器節點(diǎn)采集監測信息，并及時(shí)地向匯聚節點(diǎn)上傳數據；當某個(gè)節點(diǎn)的能量低于一定門(mén)限時(shí)能及時(shí)上傳低電量告警信息。傳感器節點(diǎn)采用電池供電，在非工作狀態(tài)時(shí)一般處于休眠狀態(tài)。

2 通信協(xié)議
精準農業(yè)監測WSN具有單覆蓋、匯聚節點(diǎn)能量不限、實(shí)時(shí)性要求不高等特點(diǎn)，為了降低節點(diǎn)功耗、延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )生命周期，改進(jìn)傳統的MAC協(xié)議，提出一種基于TDMA的星型MAC協(xié)議一START-MAC協(xié)議。
START—MAC協(xié)議采用信標幀、確認幀和數據幀3種幀格式。其中信標幀用于匯聚節點(diǎn)的廣播同步；確認幀用于匯聚節點(diǎn)應答傳感器節點(diǎn)；數據幀則用于承載傳感器節點(diǎn)向匯聚節點(diǎn)發(fā)送的數據。
協(xié)議中匯聚節點(diǎn)始終處于發(fā)送／接收轉換的狀態(tài)，處于發(fā)送和處于接收狀態(tài)的時(shí)間比為1：1。匯聚節點(diǎn)每隔周期T即發(fā)送一定數目的廣播幀對全網(wǎng)進(jìn)行廣播，該廣播幀包括了匯聚節點(diǎn)的同步信息。網(wǎng)內要傳送數據的節點(diǎn)任意接收一幀廣播幀，否則就丟棄。接收了廣播幀的節點(diǎn)延時(shí)一段時(shí)間后待匯聚節點(diǎn)轉入接收狀態(tài)，在規定的時(shí)隙里發(fā)送數據，否則轉入睡眠。這樣既避免了數據碰撞，又降低了能量的損耗。
將傳感器節點(diǎn)一個(gè)周期內協(xié)議步驟歸納如下：
1)控制傳感器模塊采集數據，判斷是否為新數據，是則進(jìn)入步驟2)否則進(jìn)入步驟4)；
2)接收一幀信標幀，然后進(jìn)入低功耗狀態(tài)；
3)延時(shí)至規定時(shí)隙，向匯聚節點(diǎn)發(fā)送數據；
4)進(jìn)入低功耗，延時(shí)至下一周期。
匯聚節點(diǎn)一個(gè)周期內協(xié)議步驟如下：
1)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)；
2)若有確認幀需要發(fā)送，則發(fā)送確認幀，然后發(fā)送信標幀對全網(wǎng)進(jìn)行時(shí)間同步；
3)轉入接收狀態(tài)，接收數據；
4)若接收狀態(tài)接收到數據，需要進(jìn)行存儲、串口操作或LCD顯示，則進(jìn)行該操作，結束后轉到步驟1。
一個(gè)完整的START—MAC協(xié)議如圖2所示。

3 傳感器節點(diǎn)設計與實(shí)現
低功耗是設計傳感器節點(diǎn)的關(guān)鍵指標，MSP430F149MCU芯片因具有超低功耗、較高的數據處理速度快和系統工作穩定而廣泛地應用于的傳感器節點(diǎn)設計。選用MSP430F149和CC1000射頻芯片設計溫濕度傳感器節點(diǎn)和光照傳感器節點(diǎn)。