精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1)信息中心即管理節(jié)點，負(fù)責(zé)接收匯聚節(jié)點通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上行發(fā)送的數(shù)據(jù)，并提供Web服務(wù)功能；當(dāng)傳感器節(jié)點工作失常，或者“死亡”時，應(yīng)能及時采取相應(yīng)措施。
2)匯聚節(jié)點周期性發(fā)送信標(biāo)幀，接收傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)幀并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向信息中心轉(zhuǎn)發(fā)；接受信息中心查詢命令，并向傳感器節(jié)點下傳完成查詢?nèi)蝿?wù)。
3)傳感器節(jié)點采集監(jiān)測信息，并及時地向匯聚節(jié)點上傳數(shù)據(jù)；當(dāng)某個節(jié)點的能量低于一定門限時能及時上傳低電量告警信息。傳感器節(jié)點采用電池供電，在非工作狀態(tài)時一般處于休眠狀態(tài)。

2 通信協(xié)議
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)監(jiān)測WSN具有單覆蓋、匯聚節(jié)點能量不限、實時性要求不高等特點，為了降低節(jié)點功耗、延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，改進(jìn)傳統(tǒng)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(biāo)幀、確認(rèn)幀和數(shù)據(jù)幀3種幀格式。其中信標(biāo)幀用于匯聚節(jié)點的廣播同步；確認(rèn)幀用于匯聚節(jié)點應(yīng)答傳感器節(jié)點；數(shù)據(jù)幀則用于承載傳感器節(jié)點向匯聚節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)。
協(xié)議中匯聚節(jié)點始終處于發(fā)送／接收轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，處于發(fā)送和處于接收狀態(tài)的時間比為1：1。匯聚節(jié)點每隔周期T即發(fā)送一定數(shù)目的廣播幀對全網(wǎng)進(jìn)行廣播，該廣播幀包括了匯聚節(jié)點的同步信息。網(wǎng)內(nèi)要傳送數(shù)據(jù)的節(jié)點任意接收一幀廣播幀，否則就丟棄。接收了廣播幀的節(jié)點延時一段時間后待匯聚節(jié)點轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，在規(guī)定的時隙里發(fā)送數(shù)據(jù)，否則轉(zhuǎn)入睡眠。這樣既避免了數(shù)據(jù)碰撞，又降低了能量的損耗。
將傳感器節(jié)點一個周期內(nèi)協(xié)議步驟歸納如下：
1)控制傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，判斷是否為新數(shù)據(jù)，是則進(jìn)入步驟2)否則進(jìn)入步驟4)；
2)接收一幀信標(biāo)幀，然后進(jìn)入低功耗狀態(tài)；
3)延時至規(guī)定時隙，向匯聚節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)；
4)進(jìn)入低功耗，延時至下一周期。
匯聚節(jié)點一個周期內(nèi)協(xié)議步驟如下：
1)進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)；
2)若有確認(rèn)幀需要發(fā)送，則發(fā)送確認(rèn)幀，然后發(fā)送信標(biāo)幀對全網(wǎng)進(jìn)行時間同步；
3)轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，接收數(shù)據(jù)；
4)若接收狀態(tài)接收到數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行存儲、串口操作或LCD顯示，則進(jìn)行該操作，結(jié)束后轉(zhuǎn)到步驟1。
一個完整的START—MAC協(xié)議如圖2所示。

3 傳感器節(jié)點設(shè)計與實現(xiàn)
低功耗是設(shè)計傳感器節(jié)點的關(guān)鍵指標(biāo)，MSP430F149MCU芯片因具有超低功耗、較高的數(shù)據(jù)處理速度快和系統(tǒng)工作穩(wěn)定而廣泛地應(yīng)用于的傳感器節(jié)點設(shè)計。選用MSP430F149和CC1000射頻芯片設(shè)計溫濕度傳感器節(jié)點和光照傳感器節(jié)點。