بخشی از مقاله
چکیده
هر گونه عملیات کشاورزی متناسب با شرایط حاکم بر محیط زراعی مورد نظر انجام میشود. بنابراین دقت در برآورد شرایط محیطی باعث افزایش بازده میشود. این شرایط زمانی و مکانی مختلف متفاوت هستند. در نتیجه بهتر است که عملیات کشاورزی متناسب با شرایط نواحی مختلف مزرعه در هر زمان انجام شود. با افزایش دقت در اندازهگیری نقطه به نقطه، بازده افزایش مییابد.
جهت دست یابی به اهداف فوق، از ابزارهایی به نام حسگر استفاده میگردد که به وسیله آن ها پارامترهای مختلف محیطی اندازه گرفته می-شوند. این حسگرها در گرههایی نصب شدهاند که وظیفه ارسال دادههای دریافتی را به مرکز اصلی برای نگهداری دادهها و عکسالعمل لازم در شرایط خاص بر عهده دارند. این گرهها به طور بیسیم تشکیل شبکهای از حسگرها را میدهند که به طور گسترده می توانند در سطح مزرعه توزیع شوند و به دریافت اطلاعات لازم به کمک حسگرهای تعبیه شده بر روی آنها میپردازند.
در این مقاله به معرفی یک گره از این شبکه و معرفی برد حسگر به کار رفته در آن می پردازیم و وظایف هر یک از حسگرها در کمک به کشاورزی بیان میشود. مدار طراحی شده گره شامل حسگر حرارتی، رطوبت و نوری می باشد که اطلاعات دریافتی را از طریق ارتباط بیسیم به گره دیگر ارسال میکند. فرستنده و گیرنده های به کار برده شده در طراحی مدار در فرکانس 915 MHz کار می کنند. پردازنده مرکزی به کار رفته در گره نیز یک میکروکنترلر AVR است که کلیه اعمال پردازشی و نظارتی توسط آن انجام می گیرد.
-1 مقدمه
توسعه روزافزون شبکههای کامپیوتری و نیاز به دستیابی به اطلاعات و منابع بیشتر بدون دستیابی فیزیکی و سختافزاری موجب توسعه کاربردهای بیسیم و موبایل شده است و هم اکنون میتوان توسط ارتباطات بی-سیم با سراسر جهان بدونآنکه اتصال فیزیکی سیمی داشته باشیم، داده و اطلاعات خود را به مقصدهای مورد نظر ارسال نمود.
استفاده از تکنولوژی شبکههای بیسیم در کنار سیستمهای تعبیه شده - - Embedded منجر به ظهور تکنولوژی سیستمهای میکرو الکترومکانیکی شد که در آنها پردازشگرهای ریز، حسگرها و مدارات مخابراتی در یک سیستم قرار گرفته، با همدیگر در یک شبکه اهدافی را دنبال نمایند و با استفاده از تعدادی از این سیستمها در کنار یکدیگر به شبکهای دست یافت که راهحل خیلی از نیازهای روزمره و ضروری بشر میباشد.
این سیستمها گرههای حسگر نامیده میشوند و به شبکهای که با یکدیگر تشکیل میدهند شبکه های حسگر گفته میشود و با توجه به اینکه به صورت اقتضایی - - Ad-hoc و بیسیم بهوجود میآیند شبکههای حسگر اقتضایی بی سیم نام گرفتهاند. کم مصرف بودن، هزینه پایین، اندازه کوچک، و قطعات توزیع شده در گره های حسگر بی سیم باعث شده است که پردازش محلی, ارتباطات بی سیم، جمعآوری و توزیع اطلاعات در شبکه های حسگر بی سیم به راحتی صورت پذیرد و به اطلاعاتی در مورد مکانی که امکان دسترسی به آن وجود ندارد به راحتی آگاهی داشت.
هر گره حسگر دارای قابلیت پردازش محدود میباشد ولی با قرارگرفتن در یک شبکه به همراه دیگر گرههای حسگر، می توانند اطلاعات جزئی را در مورد یک موضوع خاص مورد پردازش قرار داده و اطلاعات کاملی را در اختیار کاربر قرار دهند. توجه به کاربرد این شبکه ها در حوزه کشاورزی کمک شایانی در رسیدن به کشاورزی دقیق و به کارگیری مناسب از منابع خواهد انجامید.
به طور مثال، می توان به کاربرد شبکه حسگر بی سیم در مزارع یا گلخانه ها اشاره کرد. اندازه گیری دقیق دما، رطوبت، نور و موارد دیگر برحسب شرایط خاص محیط مورد بررسی از قابلیت های اینگونه شبکه هاست که به دلیل برخورداری از مزایای ارتباط بی سیم استفاده از اینگونه شبکه ها در مقایسه با روشهای دیگر بسیار به صرفه تر، راحت تر و با قابلیت بیشتر خواهد بود. در ادامه نحوه ساخت گره حسگر بیسیم جهت استفاده در گلخانه یا مزارع به طور کامل توضیح داده می شود.
حسگرها تغییرات پارامترهای فیزیکی و شیمیایی را به تغییرات پارامترهای الکترونیکی تبدیل میکنند 2] و .[3 دیاگرام کلی ابزارهای اندازهگیری الکترونیکی در شکل 1 ارائه شده است. از آنجا که مدارات الکترونیکی از قابلیتهای زیادی مانند انعطافپذیری، سرعت بالا، دقت، تحلیلپذیری، امکان پردازش و ثبت اطلاعات برخوردار است، در کشاورزی دقیق و به طور کلی در سامانههای دقیق از حسگرهای الکترونیکی استفاده می-شود.
نحوه کار حسگرها به هفت گونه مقاومتی، القایی، خازنی، پیزوالکتریک، فتوالکتریک، الاستیک و حرارتی میباشند. عواملی که در انتخاب یک حسگر ایفای نقش میکنند عبارتند از: خطی یا غیرخطی بودن تغییرات خروجی حسگر نسبت به تغییرات پارامتر محیطی، دقت، عمر مفید، زمان پاسخ، نحوه کار، میزان انرژی لازم برای ایجاد تغییرات مناسب در خروجی حسگر، قیمت، نرخ تغییرات.
شکل -1 نمودار کلی ابزارهای انداره گیری الکترونیکی
حسگرها به طور کلی به منظورهای زیر در کشاورزی به کار میروند :[4]
-1 حس کردن خواص خاک: بافت، ساختمان و حالت فیزیکی خاک، رطوبت خاک، مواد غذایی خاک.
-2 حس کردن گیاهان: جمعیت گیاهان، تنش و موقعیت غذایی گیاه.
-3 سامانههای نظارت بر محصول: محصول گیاه، رطوبت محصول، دروی عرض ردیف کاشت.
-4 سامانههای با تکنولوژی نرخ متغیر.
-5 نظارت بر پارامترهای آب و هوایی: دما، رطوبت هوا، سرعت باد، جهت باد، روشنایی.
-2 مواد و روش ها
گره حسگر بیسیم از قسمت های اصلی زیر تشکیل شده که در طراحیهای مختلف آن با توجه به نوع کاربرد، انتخاب درست هر یک از این قسمت ها اهمیت پیدا میکند.این اجزا همانطور که در شکل 2آمده است[1]، عبارتند از:
منبع تغذیه، واحد پردازش، واحد حسگر، واحد انتقال
شکل - 2 قسمتهای اصلی گره حسگربیسیم
یک از مواردی که رعایت آن در طراحی اکثر گرههای حسگر بیسیم اهمیت دارد، کوچک بودن اندازه و کم بودن توان مصرفی است
