人类进入21世纪以来,微电子机械系统(Micro-electro-mechanism system,MEMS)、计算机、通信、自动控制和人工智能等学科的飞速发展孕育了一种新型的测控网络——无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)。 无线传感器网络作为新兴的测控网络技术,是能够自主实现数据采集、融合和传输应用的智能网络应用系统。无线传感器网络是逻辑上的信息世界与真实的物理世界紧密结合,从而真正实现“无处不在的计算(普适计算)”模式。无线传感器网络技术是一项涉及多门前沿学科发展的综合性技术,在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。 无线传感器网络无论是在国防军事还是国民经济各个领域均有着广阔的应用前景,尤其在温室环境测量、精准农业、大田灌溉、畜牧养殖、林业等大农业中都有很大的应用前景和推广价值。对该技术的深入研究与推广应用将推动我国农村信息化建设的进程,极大地带动相关产业和学科的发展,从而进一步提升我国的综合国力。 目前在节点硬件平台的研究比较少,很多采用国外产品,同时节点的扩展性不强,供电管理节能策略不成熟难以实现更小的功耗。因此本文主要对无线传感器网络节点硬件平台进行了深入分析和研究。在研究和分析目前相关的无线传输技术、存储技术、传感技术、嵌入式处理器及电源处理等技术的基础上,结合国内外最新的研究成果,提出了无线传感器网络的体系结构,设计了低功耗可扩展无线传感器网络节点和符合国际标准的单节智能锂电池系统。论文详细介绍节点平台和智能电池的软硬件设计,提出了实现星型网和自组织网状网的通信协议并对无线传感器网络的关键技术及未来发展做出了总结性、初探性研究,最后将此设计应用在温室环境中实验调试,实验结果表明将传感器无线化、网络化能够给农业信息的获取带来更大的便捷,将无线传感器网络应用推广到农业领域具有里程碑的意义。 该论文由北京农业信息技术研究中心承担的北京市科委项目“蔬菜生产智能网络传感器体系研究与应用(编号:Z0005190040831)”资助。