农田土壤无线地下传感器网络节点设计与通信试验

作者：张增林; 韩萌; 韩文霆; 郑佳运; 杨杰

来源：农业机械学报, 2021, 52(07): 203-212.

• 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

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。

• 单位
  电子工程学院; 西北农林科技大学