精準農業無線傳感器網絡

5 系統測試
1)丟包率測試
實驗條件：射頻收發頻率為433．3 MHz，節點發送增益為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。
取一傳感器節點于實驗室環境下，傳感器節點共發送3000個數據包，根據匯聚節點接收到的數據包數，得到單點通信時網絡的丟包率，實驗結果如表1所示；取3個傳感器節點于實驗室環境下，對匯聚節點發送不同數據。每個節點均發送3000個數據，根據匯聚節點接收到的數據包數，得到多點通信時網絡的丟包率，實驗結果如表2所示。從表中數據可以看到，系統的每個節點丟包率都在1％以下，能滿足系統的要求。

2)功耗測試
傳感器節點主要有發射數據、接收數據、采集數據和休眠狀態4個狀態。經實驗測得，傳感器節點發射狀態電流為24．72 mA，接收狀態電流為12．74 mA，活動狀態電流為2．53 mA，溫濕度傳感器節點采集數據時電流為3．20 mA，光照傳感器節點采集數據時電流為3．40 mA，節點處于休眠狀態時電流為2．1μA。
射頻模塊從休眠狀態轉入接收或發射狀態所需時間為4．3 ms和4．6 ms。傳感器節點接收信標幀和發送數據幀的時間經試驗測得分別為9．45 ms和7．95 ms。同時溫濕度傳感器采集一次完整數據的時間為4．1 ms，光照傳感器采集一次完整數據的時間約為100μs。
當系統采用電池供電時，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為系統活動狀態時的工作電流與活動時間的乘積與休眠狀態電流與休眠時間的乘積之和再去除以總的工作時間。假設節點每個工作周期為2 s，節點每兩個周期上傳一次數據，每個周期都采集數據。可以計算出溫濕度傳感器節點平均工作電流為

因為光照傳感器節點采集數據時間遠小于溫濕度傳感器節點，因此平均工作電流小于0．111 8 mA。節點的工作截止電壓為2．7 V。假設采用常見的兩節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，電池容量損耗約2 000 mAh。可以粗略估計出節點的使用壽命約為2 000／0．1118=17 889 h=745．4天。可以看到，傳感器節點應當可以使用1年以上。

6 結束語
無線傳感器網絡的生命周期是其應用的關鍵，從硬件設計和通訊協議兩個方面降低節點功耗，是目前普遍采用的主要措施。選用低功耗的MCU和射頻器件，可降低節點的工作功耗，選用具有微靜態功耗的MCU，能夠大大降低節點的平均功耗。針對小規模的農田WSN星型結構的特殊性，采用改進的MAC協議，可進一步降低節點功耗，延長網絡的生命周期。對中、大規模的農田WSN，研究其網絡結構及其通訊協議，以達到各種精準農業監測WSN的實際需要。