一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统，包括无线传感器网络、云服务器和报警器；无线传感器网络的传感器节点散布在需要进行病虫害监控的农业区域；无线传感器网络的基站与云服务器通信连接；云服务器用于存储由传感器节点采集的病虫害监测数据，并对病虫害监测数据进行分析处理，在病虫害监测数据异常时驱动报警器进行报警。本发明专利技术利用无线传感器网络技术实现了病虫害的监测及预警。

A monitoring and early warning system for pests and diseases based on WSN Technology

The invention provides a disease and insect pest monitoring and warning system based on WSN technology, including wireless sensor network, cloud server and alarm. Sensor nodes in wireless sensor networks are distributed in agricultural areas requiring disease and pest monitoring; communication connections between base stations of wireless sensor networks and cloud servers; and cloud servers The monitoring data of diseases and insect pests collected by sensor nodes are stored, and the monitoring data of diseases and insect pests are analyzed and processed, and the alarm is driven by the alarm when the data of disease and insect monitoring are abnormal. The invention realizes the monitoring and early warning of diseases and pests by using wireless sensor network technology.

【技术实现步骤摘要】
一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统
本专利技术涉及农林领域，具体涉及一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统。
技术介绍
近年来，由昆虫等导致的毁灭性虫害病在我国一些地区不断扩散蔓延，对部分地区已造成严重损失。昆虫作为虫害病的传播媒介，对其防治被认为是控制虫害的关键。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：提供了一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统，包括无线传感器网络、云服务器和报警器；无线传感器网络的传感器节点散布在需要进行病虫害监控的农业区域；无线传感器网络的基站与云服务器通信连接；云服务器用于存储由传感器节点采集的病虫害监测数据，并对病虫害监测数据进行分析处理，在病虫害监测数据异常时驱动报警器进行报警。进一步地，还包括与云服务器连接的用户终端。其中，所述的云服务器还在病虫害监测数据异常时向用户终端发送报警信息。优选地，所述云服务器包括处理模块以及与其连接的云存储模块、显示模块、报警驱动模块、数据传输模块。本专利技术的有益效果为：利用无线传感器网络技术实现了虫害监测，系统结构简单，监测精度较高，并设有相应的报警器，方便农民及时发现病虫害，进而能够及时进行病虫害防治。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是本专利技术一个实施例的病虫害监测预警系统的结构示意框图；图2是本专利技术一个实施例的云服务器的结构示意框图。附图标记：无线传感器网络1、云服务器2、报警器3、用户终端4、处理模块10、云存储模块20、显示模块30、报警驱动模块40、数据传输模块50。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。参见图1，本实施例提供的一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统，包括无线传感器网络1、云服务器2、报警器3；无线传感器网络1的传感器节点散布在需要进行病虫害监控的农业区域；无线传感器网络1的基站与云服务器2通信连接；云服务器2用于存储由传感器节点采集的病虫害监测数据，并对病虫害监测数据进行分析处理，在病虫害监测数据异常时驱动报警器3进行报警；无线传感器网络1采用的网络结构为：各传感器节点通过分簇路由协议划分成多个簇，其中每个簇包括一个主要簇头和一个次要簇头，主要簇头用于聚合簇内传感器节点采集的病虫害监测数据，次要簇头用于接收主要簇头发送的聚合的病虫害监测数据，并将接收的聚合的病虫害监测数据通过多跳路由的方式发送至基站。进一步地，基于云服务器的虫害监测预警系统还包括与云服务器2连接的用户终端4。其中，云服务器2还在病虫害监测数据异常时向用户终端4发送报警信息。可选地，如图2所示，所述云服务器2包括处理模块10以及与其连接的云存储模块20、显示模块30、报警驱动模块40、数据传输模块50。其中，处理模块10通过数据传输模块50获取病虫害监测数据，主要用于对病虫害监测数据进行分析处理，判断病虫害监测数据是否异常。可选地，可设置相应的数据异常判断机制，例如，当病虫害监测数据超过设定的阈值时判定该病虫害监测数据为异常，本实施例对此不作限定。所述的云存储模块20相应的硬件设备可为云存储器，云存储模块20主要用于存储由基站传送的病虫害监测数据以及病虫害监测数据异常判断结果。所述的显示模块30的硬件设备可为显示屏。本专利技术上述实施例利用无线传感器网络技术实现了虫害监测，系统结构简单，监测精度较高，并设有相应的报警器3，方便农民及时发现病虫害，进而能够及时进行病虫害防治。在一个实施例中，次要簇头将接收的聚合的病虫害监测数据通过多跳路由的方式发送至基站，具体为：(1)当次要簇头与基站的距离小于或等于设定的最大距离阈值时，次要簇头的病虫害监测数据以单跳通信的形式直接传输至基站；(2)当次要簇头与基站的距离大于设定的最大距离阈值时，次要簇头在其一跳邻居节点集内选择当前剩余能量最大的作为中继节点，以完成病虫害监测数据的传输。本实施例根据次要簇头与基站的距离设定了相应的最佳路由方案，有益于节省将病虫害监测数据转发至基站的能耗。在一个实施例中，所述的各传感器节点通过分簇路由协议划分成多个簇，包括：(1)病虫害监测区域内的传感器节点接收基站广播的信标数据包，确定自身到基站的距离，并记录接收到基站广播的信标数据包的实际信号强度和时间，所述的信标数据包还包括由基站设定的各传感器节点接收信标数据包的理论信号强度和理论时间；(2)每一轮的主要簇头选举开始时，每个传感器节点i随机生成一个介于0到1之间的随机数，并设定阈值Si，若生成的随机数小于阈值Si，则该传感器节点i成为工作节点，并立刻加入工作节点集；(3)工作节点向工作节点集中的其余工作节点广播节点信息，其中节点信息包括自身ID号；(4)当工作节点接收到其余工作节点的节点信息后，若工作节点α位于工作节点β的感知范围内，则工作节点α加入到工作节点β的邻居节点集中；(5)工作节点计算自身的竞选能力值，并向邻居节点广播，若在设定的时间阈值内收到竞选能力值更大的邻居节点广播的信息，则放弃主要簇头的竞选；工作节点若在设定的时间阈值内未收到竞选能力值更大的邻居节点广播的信息，则当选为主要簇头并向其余传感器节点广播当选信息，未当选主要簇头的工作节点成为成员节点并加入到最近的主要簇头；(6)睡眠节点接收到所述的广播当选信息后被激活，并加入到最近的主要簇头，分簇完成后，主要簇头在其簇内的成员节点中选择一个成员节点作为次要簇头。现有技术中利用LEACH分簇路由协议进行分簇，LEACH分簇路由协议直接将生成的随机数小于阈值的传感器节点作为簇头，这并没有考虑到传感器节点的能耗和传感器节点位置的因素，并且可能生成过多的簇头，从而引起大量的能量消耗。本实施例在LEACH分簇路由协议的基础上，提出了一种新的分簇路由协议，该协议将生成的随机数小于阈值的传感器节点作为参与到簇头竞选的工作节点，并在工作节点及其邻居节点集中选择竞选能力值较大的作为主要簇头，并由主要簇头进一步选取次要簇头，该协议通过选取主要簇头和次要簇头共同来承担病虫害监测数据的聚合和转发任务，能够降低主要簇头的能耗以及主要簇头轮换的频率，实现能耗分散，进而延长网络的生存时间。在一个实施例中，主要簇头在其簇内的成员节点中选择一个成员节点作为次要簇头，具体包括：(1)主要簇头计算其簇内成员节点的权值，设Lk表示主要簇头a的成员节点k的权值，Lk的计算公式为：式中，Gk为成员节点k的当前剩余能量，Gmin为所述设定的最小能量值，X(a,sink)为主要簇头a到基站的距离，X(k,a)为成员节点k到其主要簇头a的距离，X(k,sink)为成员节点k到基站的距离；zk为成员节点k收到基站信标数据包的时间，为由基站设定的成员节点k收到基站信标数据包的理论时间，Yk为工作节点k收到基站信标数据包的实际信号强度，由基站设定的工作节点k收到基站信标数据包的理论信号强度，f(zk,Yk)为设定的比较取值函数，当且时，f(zk,Yk)＝1，否则f(zk,Yk)＝0；(2)主要簇头将权值最大的成员节点作为次要簇头。本实施例根据能量以及位置因素创造性地设计了权值的计算公式，并从中引入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统，其特征是，包括无线传感器网络、云服务器和报警器；无线传感器网络的传感器节点散布在需要进行病虫害监控的农业区域；无线传感器网络的基站与云服务器通信连接；云服务器用于存储由传感器节点采集的病虫害监测数据，并对病虫害监测数据进行分析处理，在病虫害监测数据异常时驱动报警器进行报警；无线传感器网络采用的网络结构为：各传感器节点通过分簇路由协议划分成多个簇，其中每个簇包括一个主要簇头和一个次要簇头，主要簇头用于聚合簇内传感器节点采集的病虫害监测数据，次要簇头用于接收主要簇头发送的聚合的病虫害监测数据，并将接收的聚合的病虫害监测数据通过多跳路由的方式发送至基站。

【技术特征摘要】
1.一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统，其特征是，包括无线传感器网络、云服务器和报警器；无线传感器网络的传感器节点散布在需要进行病虫害监控的农业区域；无线传感器网络的基站与云服务器通信连接；云服务器用于存储由传感器节点采集的病虫害监测数据，并对病虫害监测数据进行分析处理，在病虫害监测数据异常时驱动报警器进行报警；无线传感器网络采用的网络结构为：各传感器节点通过分簇路由协议划分成多个簇，其中每个簇包括一个主要簇头和一个次要簇头，主要簇头用于聚合簇内传感器节点采集的病虫害监测数据，次要簇头用于接收主要簇头发送的聚合的病虫害监测数据，并将接收的聚合的病虫害监测数据通过多跳路由的方式发送至基站。2.根据权利要求1所述的一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统，其特征是，还包括与云服务器连接的用户终端。3.根据权利要求2所述的一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统，其特征是，所述的云服务器还在病虫害监测数据异常时向用户终端发送报警信息。4.根据权利要求1所述的一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统，其特征是，所述云服务器包括处理模块以及与其连接的云存储模块、显示模块、报警驱动模块、数据传输模块。5.根据权利要求1所述的一种基于WSN技术的病虫害监测预警系统，其特征是，次要簇头将接收的聚合的病虫害监测数据通过多跳路由的方式发送至基站，具体为：(1)当次要簇头与基站的距离小于或等于设定的最大距离阈值时，次要簇头的病虫害监测数据以单跳通信的形式直接传输至基站；(2)当次要簇头与基站的距离大于设定的最大距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱林新，
申请(专利权)人：深圳大图科创技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44