农田土壤无线地下传感器网络节点设计与通信试验

摘要：

为了揭示电磁波信号在农田土壤中的传输特性、科学部署传感器节点,以关中地区农田土壤为研究对象,采用模块化设计思想,将传感器、无线数传、处理器和能量供应等模块集于一体,设计了无线地下传感器网络(Wireless underground sensor networks,WUSN)节点和汇聚节点.采用单因素试验方法,分析了土壤含水率、WUSN节点埋深、节点间水平距离对WUSN节点信号传输的影响,建立了接收信号强度和误码率预测模型.结果表明,当WUSN节点信号在地下垂直方向上传输时,土壤含水率增加2.5个百分点,接收信号强度降低4～6 dBm,通信误码率增加3～5个百分点;WUSN节点埋深增加5 cm,接收信号强度降低3～5 dBm,通信误码率增加3～4.5个百分点.当WUSN节点信号在地下水平方向上传输时,土壤含水率增加2.5个百分点,接收信号强度降低5～7 dBm,通信误码率增加4～5个百分点;节点间水平距离在10～90 cm范围内,节点间水平距离增加10 cm,接收信号强度降低6～8 dBm,通信误码率增加6.5～8个百分点;节点间水平距离在90～190 cm范围内,节点间水平距离增加10 cm,接收信号强度降低约1 dBm,通信误码率增加1～1.5个百分点.WUSN节点信号在垂直、水平两种传输方向上误码率和接收信号强度预测模型拟合优度R2最高为0.982,均方根误差RMSE为1.7％,拟合优度R2最低为0.942,均方根误差RMSE为5.136 dBm.WUSN节点信号在土壤中传输受到土壤含水率、WUSN节点埋深和节点间水平距离的严重影响.

关键词：农田土壤;无线地下传感器网络;土壤含水率;节点埋深;节点间水平距离

所属期刊栏目：52

分类号：S126(农业物理学)

资助基金：国家自然科学基金项目51979233

在线出版日期：2021-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：203-212