基于无线地下传感器网络的土壤水分频域测量方法

摘要

本发明公开了一种基于无线地下传感器网络的土壤水分频域测量方法，该方法采用的装置包括若干个部署在土壤里面的无线地下节点，无线地下节点包括供电单元、微处理器单元、无线通信模块、天线，所述供电单元分别与微处理器单元、无线通信模块相连；微处理器单元、无线通信模块、天线依次连接；所述无线地下节点用于测量无线信号接收强度，并根据该强度值得到土壤含水量。该方法是利用无线信号在土壤里面传输时信号接收强度变化、节点之间的距离、节点工作频率与土壤含水量之间的关系得到土壤含水量信息。本发明无需使用大量的土壤水分传感器，可以大大减少土壤含水量的测定成本，结构简单，使用方便。

主权项

基于无线地下传感器网络的土壤水分频域测量方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）任取两个用于测量的无线地下节点，将二者天线相互贴紧，选择其中一个地下节点，连续多次测量二者零距离时的RSSI值，然后取其平均值L₀；将无线地下节点按照预先设定的无线地下传感器网络部署图部署在待测的土壤里面，组成无线地下传感器网络；（2）无线地下传感器网络选择两个未用来检测含水量、且相互距离固定为d的无线地下节点，即一个无线地下节点对组成测量节点对，并将其中一个设定为测量主节点，另外一个设定为测量副节点；（3）测量主节点和测量副节点之间相互发送信号，在信号传递过程中分别记录下各自的RSSI值；（4）连续测量n次后，根据下式计算测量过程中RSSI信号的平均值L：$L=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\frac{1}{2n}(L_{1i}+L_{2i});$其中L_1i和L_2i分别代表第i次（1≤i≤n）测量得到的主节点RSSI值和副节点RSSI值；（5）根据下式得到测量主节点和副节点之间的土壤含水量φ：$\begin{array}{c}L-L_0=-0.5315+20\log d+20\log \left(\frac{2\mathrm{\pi f}}{300000000}\right)+10\log (1.15{(1.9769+16.2587\phi )}^{\frac{1}{0.65}}-0.68)\\ +\frac{17.38\mathrm{\pi f}{\phi }^{\frac{1}{0.65}}(1.8874+\frac{4.9038}{\phi })d}{600000000\sqrt{10\log (1.15{(1.9769+16.2587\phi )}^{\frac{1}{0.65}}-0.68)}}\end{array};$其中：L为当前测量节点对在测量过程中RSSI信号的平均值，单位为dBm，L₀为零距离时RSSI信号的平均值，单位为dBm，d为当前测量主节点和副节点之间的距离，单位为米，f为无线地下节点工作频率，单位为Hz，φ为土壤含水量，表示为%；（6）判断无线地下传感器网络中是否所有可用于测量土壤含水量、且相互距离为d的无线地下节点对均已用来测量土壤含水量，如否则跳回到步骤（2），如是则结束土壤含水量测量工作。