1、1742023 年 4 月下Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究无线传感器网络对农业电气自动化播种设备的影响龚冬阳（池州学院，安徽 池州 247000）摘要：近年来，电气自动化播种设备已经在农业种植业中普遍应用，而无线传感器网络的出现和应用，能够在电气自动化播种设备合理选择的基础上，进一步提升设备的使用效率和技术水平，促进电气自动化播种设备朝智能化、数据化方向发展。为了进一步研究农业生产中无线传感器网络对电气自动化播种设备产生的影响，笔者分析了无线传感器网络在农业生产中的应用特点，探讨了无线传感器网络在农业电气自动化播种设备中的具体
2、应用，阐述了无线传感器网络在电气自动化播种设备应用中产生的影响，从而为无线传感器网络在农业生产中的有效应用提供支持。关键词：无线传感器网络；农业；电气自动化；播种设备中图分类号：S126 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.08.052电气自动化播种设备是常见的设备类型之一，顾名思义，该设备主要是为了通过电气自动化装置来自动控制播种所研发的一种农用设备，该设备已实现了播种的自动化，但从设备本身来讲并未形成数字化。无线传感器网络可通过数字指令来完成设备的运行，具有成本低、功耗小等优势。因此，本研究针对无线传感器网络的特点以及在农业电气自动化播种设备
3、中的具体应用进行分析和探讨，对无线传感器网络所产生的积极影响进行分析，从而促进数字农业的发展。1 无线传感器网络在农业生产中应用的特点1.1 成本及功耗比较低，使用简单方便无线传感器网络在农业领域中的应用，使用对象一般为涉农企业以及农民，而受农业生产过程中取得的经济效益影响，无线传感器网络在构建时，农民群体并无过多的资金投入其中；同时受农民传统思想意识的制约，导致无线传感器网络的技术推广曾一度受到影响，因此，需要尽量降低成本。由于播种设备在大面积种植区域是多台使用的，所以播种点（传感节点）安装的传感器装置也比较多，虽然单个传感器装置的功耗并不高，但是在传感器装置比较多的情况下，功耗问题不容忽视
4、，需要使用一些低功耗的产品，从而降低能耗1。目前，种植业生产使用的无线传感器网络的成本均比较低，主要是为了便于农业推广以及降低农民投入成本，同时考虑到农民的文化水平比较低，在无线传感器网络设计和使用方面也比较简单，方便农户快速掌握使用。1.2 环境适应性强，性能稳定在农业生产过程中，生产的环境存在多样化。首先，从地形地貌方面来讲，我国南方地区多丘陵、山地，西南地区多高山，而东北、华北地区则多平原，无论是高山、丘陵、山地，还是平原地区，传感器受地形地貌的因素影响比较小，只要有无线网络覆盖，均可实现正常使用2；其次，从生产环境来讲，农业的生产环境包括农田和温室等多种环境场景，而农田又包括水田和旱田
5、，传感器节点在部署时，不会受生产环境的影响；最后，传感器能够适应高湿度、高温度等恶劣生产环境。基于以上三方面的原因，无线传感器网络具有较强的环境适应性，并且在使用过程中的性能比较稳定。1.3 数据采集算法具备农业特色农业数据采集需要经历一个持续、长期的过程，其中，播种阶段只是数据采集的一个阶段，之后还要经历灌溉、生长、收割等阶段。因此，无线传感器网络采集的数据具有明显的阶段性、连续性特点3。这些特点使无线传感器网络在设计采集算法时必须考虑数据的冗余性和相关性，从而确保采集的数据符合实际播种情况，以便于后台操作。2 无线传感器网络在农业电气自动化播种设备中的具体应用2.1 总体应用方案将无线传感
6、器网络应用于农业电气自动化播种设备中，主要是对播种设备的运行状态进行监测，并通过控制播种设备的运行模式和相关参数进行调节，采作者简介：龚冬阳（2001），男，河南内乡人，本科，研究方向为电气工程及其自动化。2023 年 4 月下175Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究用上位机软件对应用于农业播种的电气自动化设备进行监控，能够有效实现智能播种。基于ZigBee的无线传感网络监控系统由上位机监控、无线路由器、传感器节点、ZigBee网关节点以及电控阀门构成4，该系统的结构图如图1所示。传感器节点主要分布于电子自动化播种设备的出籽口，通
7、过传感器装置对出籽速度、播种间距、装配种子的剩余量等数据信息进行监测，然后利用ZigBee技术将监测得到的数据信息传输到接收节点。之后通过控制器对接收的数据信息进行分析处理，将接收的数据与正常播种的数据相对比，若出现差异则会对差异形成的原因进行分析，一旦查出差异的原因便会立即启动电控阀门，此时农业电气自动化播种设备将会停止运行，同时出籽口会停止出籽播种，当差异问题得到有效解决后，则会通过控制器将电控阀门开启，此时农业电气自动化播种设备会按照设置的参数进行播种，从而保证农业播种的正常开展。出籽口1传感器节点1种植区域接收节点电控阀门控制器出籽口2传感器节点2出籽口4出籽口3出籽口5传感器节点3传
8、感器节点4传感器节点5图1基于ZigBee的无线传感网络监控系统结构图2.2 系统硬件配置与应用该系统的硬件配置主要是由ZigBee 模块组成，该模块的结构包括阀门控制、传感器控制以及网关汇集三种节点。这些节点的电路设计的总体思路大致相同，主要的不同在于编程语言存在差异，通过不同的编程语言来实现各自的功能，该系统的硬件组成模块如图2所示。该系统硬件所使用的无线传感器在使用中必须具备数据传感、无线通信以及数据处理等功能。同时，必须达到成本低、体积小等条件，从而满足农业播种使用需求。传感器节点则是发挥数据信息的预测以及传感等作用，主要服务于监控主机，向其作答和发送数据，通常是由存储器模块、时钟模块
9、、ZigBee模块等部分构成，如图2所示5。该系统硬件能够对农业电气自动化播种设备进行全面的实时自动化监控，不会存在布线问题，并且能够节约成本，在节约种子和提升监控效果方面也极具优势，可在大面积播种区域开展农业播种生产，具有较强的适用性。通信接口传感器接口模块时钟模块ZigBee模块驱动输出模块存储器模块电源模块图2系统硬件结构图2.3 系统软件配置与应用该系统使用的软件是重点，依照系统性能分析，同时与系统低功耗和高稳定性的特点相结合，确定了该系统软件之中要包括网关汇集、客户端、阀门控制以及传感器四个节点。传感器节点会对播种过程中形成的各类数据进行采集，并由传感器将采集所得数据传输至网关汇集节
10、点，该节点对接收的数据进行处理，然后将处理完成的数据传输至客户端，客户端会对阀门控制节点发出控制命令，从而完成相应的控制操作6。无线传感器网络集成了无线通信、传感器以及微机电系统等多种技术，该技术可对农业电气自动化播种设备运行中以及待机中所形成的各种数据信息进行实时采集，同时对这些实时数据信息进行处理，利用网络技术将处理好的数据信息传递给用户。但是该系统在运行过程中还需要解决一个问题，即在系统未能正常供电的情况下，传感器装置也会停止运行，在这种情况下会失去该系统的作用，导致农业播种生产出现无人控制的局面。为了使传感器的运作时间得以有效延长，在软件设计时，需要使用低功耗的软件，同时也要对能耗问题
11、进行考虑。在对传感器节点软件进行设计时，可以将节点在运行和休眠两种状态下进行转换，当农业电气自动化播种设备处于停止运行状态，则传感器节点处于休眠状态，从而形成低功耗模式7。在整个无线传感器网络之中，休眠节点主要安置于传感器、无线通信以及电路等模块线路的一部分中，该节点是通过定时器来实现中断的，每次抽样后会对数据交换任务进行发送。例如，当各模块处1762023 年 4 月下Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究于休眠状态的情况下，完成自动取样之后，各模块会转化为苏醒状态，然后执行下一任务8。同时，在软件配置时，也需要重视电源模块配置，保
12、证电源模块能够持续为传感器模块提供充足的能源。3 无线传感器网络在电气自动化播种设备应用中产生的影响3.1 有利于提升电气自动化播种设备的整体技术水平当前我国农业整体技术水平发展比较迅速，但与此同时，在设备应用过程中也存在一些问题。例如，农民在对电气自动化播种设备进行应用时，因未能定期维护保养，导致播种设备故障率上升9。无线传感器网络应用于电气自动化播种设备后，能够对设备运行的数据进行监控，并且还可以对农业电气自动化播种设备进行大规模监控、细节化监控，可以根据农业使用需求对各种设备的功能进行设计。在具体应用过程中，还可通过无线传感器网络系统进行自动化、智能化操作，使此类设备在使用时更加灵活。3
13、.2 有利于实现电气自动化播种设备数字化现阶段，我国大部分农业种植区是以机械自动化为主，在播种过程中大部分地区采用自动化机械，还有少部分地区仍采用人工种植的方式。因此，我国农业种植水平仍呈现不均衡的状态10。随着科技的不断发展，农业技术也得到了一定的发展，无线传感器网络的应用能够利用传感器装置对农业电气自动化播种设备生产过程中所产生的数据进行监测，并以数字信息的形式将监测的数据进行传输和处理，从而使播种操作人员可对设备的运行状态进行密切监测，实现电气自动化播种设备的高效运行，使我国农业电气自动化播种设备逐渐向数字化方向发展。4 结语综上所述，将无线传感器网络应用于农业电气自动化播种设备之中，不
14、仅能够提升农业种植的生产效率，还能够保证自动化播种设备的性能，使设备得以正常运行，并且能提升自动化播种设备的数字化水平，使个别地区自动化技术不断走向成熟，也解决了大部分地区仍需通过人力配合自动化播种设备来完成播种的问题，可促进我国农业技术进一步发展。但也需要相应的技术维护人员和推广人员的支持，使无线传感器网络能够得到进一步推广应用和维护发展，推动农业农村现代化。参考文献：1 张徐.基于无线传感器网络的机电设备复合故障定位方法J.电气传动自动化，2022，44(2)：45-50.2 张伯琰，邹腾跃.基于遗传算法的农业无线传感器节点部署算法设计J.农业工程，2022，12(1)：30-34.3 孟
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