精準農業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )

5 系統測試
1)丟包率測試
實(shí)驗條件：射頻收發(fā)頻率為433．3 MHz，節點(diǎn)發(fā)送增益為10 dBm，數據傳輸速率為9．6 kbit／s，數據編碼格式為NRZ碼，調制方式為FSK。
取一傳感器節點(diǎn)于實(shí)驗室環(huán)境下，傳感器節點(diǎn)共發(fā)送3000個(gè)數據包，根據匯聚節點(diǎn)接收到的數據包數，得到單點(diǎn)通信時(shí)網(wǎng)絡(luò )的丟包率，實(shí)驗結果如表1所示；取3個(gè)傳感器節點(diǎn)于實(shí)驗室環(huán)境下，對匯聚節點(diǎn)發(fā)送不同數據。每個(gè)節點(diǎn)均發(fā)送3000個(gè)數據，根據匯聚節點(diǎn)接收到的數據包數，得到多點(diǎn)通信時(shí)網(wǎng)絡(luò )的丟包率，實(shí)驗結果如表2所示。從表中數據可以看到，系統的每個(gè)節點(diǎn)丟包率都在1％以下，能滿(mǎn)足系統的要求。

2)功耗測試
傳感器節點(diǎn)主要有發(fā)射數據、接收數據、采集數據和休眠狀態(tài)4個(gè)狀態(tài)。經(jīng)實(shí)驗測得，傳感器節點(diǎn)發(fā)射狀態(tài)電流為24．72 mA，接收狀態(tài)電流為12．74 mA，活動(dòng)狀態(tài)電流為2．53 mA，溫濕度傳感器節點(diǎn)采集數據時(shí)電流為3．20 mA，光照傳感器節點(diǎn)采集數據時(shí)電流為3．40 mA，節點(diǎn)處于休眠狀態(tài)時(shí)電流為2．1μA。
射頻模塊從休眠狀態(tài)轉入接收或發(fā)射狀態(tài)所需時(shí)間為4．3 ms和4．6 ms。傳感器節點(diǎn)接收信標幀和發(fā)送數據幀的時(shí)間經(jīng)試驗測得分別為9．45 ms和7．95 ms。同時(shí)溫濕度傳感器采集一次完整數據的時(shí)間為4．1 ms，光照傳感器采集一次完整數據的時(shí)間約為100μs。
當系統采用電池供電時(shí)，系統的平均工作電流決定了系統的壽命。根據系統平均工作電流的計算公式，Iavg為系統活動(dòng)狀態(tài)時(shí)的工作電流與活動(dòng)時(shí)間的乘積與休眠狀態(tài)電流與休眠時(shí)間的乘積之和再去除以總的工作時(shí)間。假設節點(diǎn)每個(gè)工作周期為2 s，節點(diǎn)每?jì)蓚€(gè)周期上傳一次數據，每個(gè)周期都采集數據?？梢杂嬎愠鰷貪穸葌鞲衅鞴濣c(diǎn)平均工作電流為

因為光照傳感器節點(diǎn)采集數據時(shí)間遠小于溫濕度傳感器節點(diǎn)，因此平均工作電流小于0．111 8 mA。節點(diǎn)的工作截止電壓為2．7 V。假設采用常見(jiàn)的兩節15 V、容量為2700 mAh左右的鋰電池供電，根據鋰電池放電特性，當放電至2．7 V時(shí)，電池容量損耗約2 000 mAh?？梢源致怨烙嫵龉濣c(diǎn)的使用壽命約為2 000／0．1118=17 889 h=745．4天?？梢钥吹?，傳感器節點(diǎn)應當可以使用1年以上。

6 結束語(yǔ)
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的生命周期是其應用的關(guān)鍵，從硬件設計和通訊協(xié)議兩個(gè)方面降低節點(diǎn)功耗，是目前普遍采用的主要措施。選用低功耗的MCU和射頻器件，可降低節點(diǎn)的工作功耗，選用具有微靜態(tài)功耗的MCU，能夠大大降低節點(diǎn)的平均功耗。針對小規模的農田WSN星型結構的特殊性，采用改進(jìn)的MAC協(xié)議，可進(jìn)一步降低節點(diǎn)功耗，延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )的生命周期。對中、大規模的農田WSN，研究其網(wǎng)絡(luò )結構及其通訊協(xié)議，以達到各種精準農業(yè)監測WSN的實(shí)際需要。