专利名称：基于无线传感器网络的典型农作物危害动物协同数字化声防方法
技术领域：
本发明涉及一种基于无线传感器网络的典型农业危害动物协同数字化声防方法，
应用于基于无线传感器网络的典型农作物危害动物协同数字化声防系统中。该方法的有益
效果是，通过热释电红外传感器网络、执行器网络和总控制器三者的协同工作，发出危害动
物对应天敌的叫声来驱赶危害动物，以更有效解决农业典型危害动物的防治问题。这对于
促进我国农业生产技术水平的提高，提升精细耕作、集约化经营及管理水平等均具有重要
的现实意义。该系统所具有的灵活、针对性强的声防方案。
发明内容
基于无线传感器网络的农作物危害动物协同声防方法，其特征在于，所述方法是 在一种基于无线传感器网络的农作物典型危害动物协同数字化声防系统中实现的，所述声 防方法依次含有以下步骤 步骤(l)，构成一个所述的一种基于无线传感器网络的农作物典型危害动物协同 数字化声防系统；所述系统由热释电红外无线传感器网络，执行器为了和总控制器共同组成，其中 热释电红外无线传感器网络，由分布在农田中能互相无线通信的多个热释电红外传感器节点组成，各热释电红外传感器节点均由集成的热释电红外传感器和第一无线通信模块串接而成，当某个热释电红外传感器节点探测到典型农作物危害动物后，立即由所述热释电红外传感器通过所述第一无线通信模块向所述执行器网络中距离其最近的执行器节点发送探测到存在典型危害动物的信号； 执行器网络，由分布在农田中能互相通信的多个执行器节点组成，各执行器节点均由第二无线通信模块、声音播放控制电路、音频功率放大电路、扬声器依次串接而成，所述执行器节点由独立的"太阳能_蓄电池"组合电源供电，当所述第二无线通信模块收到距离最近的热释电红外传感器节点发出的存在危害动物的信号时便发出危害动物天敌的语音，以驱赶其离开， 总控制器，由带有人及交互界面的计算机、环境信息传感器及其信号调理电路、第
三无线通信模块以及独立的"太阳能-蓄电池"组合电源组成，计算机内存储有对应于光
照、温度、湿度共三个环境信息下的对应于农作物危害动物的天敌名称的声防方案，根据输
入的实测环境信息选择对应的声防方案，再通过第三无线通信模块向所述各热释电红外传
感器节点和所述执行器节点播放声防方案，所述声防方案包括探测模式和随机模式两种执
行模式，而探测模式和随机模式之间的切换由所属计算机根据实测的光照信息决定； 步骤(2)，系统初始化 步骤(2. 1)，总控制器向所有执行器节点和所有热释电红外传感器节点发布初始化开始信标，所述初始化开始信标中包含跳数值变量，且由总控制器发出时跳数值变量初值设置为O，所述初始化开始信标在所述执行器网络中逐层转发，得到所有执行器节点距离总控制器的跳数值，以建立路由表，并得到热释电红外传感器节点的所属执行器节点的ID号，以完成热释电红外传感器节点的定位； 所有执行器节点在接收初始化开始信标的过程中，利用所述初始化开始信标得到其距离总控制器跳数值的方法是每次收到初始化开始信标，即提取其中的跳数值变量的值，比较此值与自身保存跳数值变量的值的大小，将含有较小跳数值变量的一个或一个以上的执行器节点(或总控制器)保存为上级节点，并将此最小跳数值加l，保留为自身距离总控制器的跳数值； 热释电红外传感器节点监听周围执行器节点的转发初始化开始信标的信号，得到所属执行器节点ID号的方法是所有热释电红外无线传感器节点监听周围执行器节点转发的初始化信标的信号强弱，并将信号最强的执行器节点作为其所属执行器节点；
步骤(2. 2)，总控制器向所有执行器节点和所有热释电红外传感器节点发布初始化结束信标，所述所有执行器节点监听到此初始化结束信标后，建立自身的路由表，所述所有热释电红外传感器节点监听到此初始化结束信标后，向所属执行器节点发出加入为成员节点的请求信号； 所述所有执行器节点监听到此初始化结束信标后，建立自身的路由表的方法是所有执行器节点在收到初始化结束信标后，从其上级节点中选择一个执行器节点作为父节点，请求加入为子节点，并将向自身发送的请求加入为子节点的执行器节点作为子节点；
步骤(2. 3)，总控制器发布网络状态汇报信标，收到的初始化结束信标后，所有执行器节点将其路由表和所属热释电红外无线传感器节点个数传输给总控制器；
步骤(3)，依次按以下步骤执行农作物危害动物声防方法 步骤(3. l)，在总控制器的计算机内设置环境光照度阈值，取lO万lux光照度作为阈值； 步骤(3.2)，所述计算机周期性地采集环境光照度值，并与所设定的环境光照度阈值比较，若实测光照度值小于所述阈值执行步骤(3. 3)，若实测光照度值大于所述阈值执行步骤(3. 4); 步骤(3. 3)，依次按以下步骤执行探测模式 步骤(3. 3. 1)，各热释电红外传感器节点进入等待状态， 步骤(3. 3. 2)，探测到危害动物存在的热释电红外传感器节点通知所属的执行器节点按照声防方案设定的危害动物天敌的语音发声， 步骤(3. 3. 3)，探测到危害动物存在的热释电红外传感器节点在探测不到危害动物后，返回等待状态， 步骤(3. 3. 4)，步骤(3. 3. 2)中所述执行器节点在执行完声防方案后，沿着已建立
的所述路由表的路径向总控制器汇报所执行的声防方案和此声防方案的执行时间， 步骤(3. 4)，依次按以下步骤执行随机模式 步骤(3. 4. 1)，各热释电红外传感器节点进入休眠状态， 步骤(3. 4. 2)，所有执行器节点按照总控制器设定的时间间隔和声防方案周期性地发声。
图1为基于无线传感器网络的典型农作物危害动物协同数字化声防系统总控制器广播初始化开始信标示意图 图2为热释电红外无线传感器节点初始化程序流程图 图3为执行器节点初始化程序流程图 图4为总控制器初始化程序流程图。 图5为执行器节点树示意图 图6为声防策略的探测模式执行过程示意图 图7为声防策略的随机模式执行过程示意图 图8为热释电红外无线传感器节点执行声防策略时的程序流程 图9为执行器节点执行声防策略时的程序流程。 图10为总控制器执行声防策略时的程序流程
具体实施例方式
所述系统初始化步骤的实施主要完成两个工作一是系统中所有执行器节点建立了路由表，使总控制器与各个执行器节点之间建立了有效的通讯路径；二是完成热释电红外无线传感器节点的定位，确定了热释电红外无线传感器节点与执行器节点的归属情况，为声防策略中探测模式的实施提供必要的准备；所述初始化方法的实施由总控制器启动，总控制器依次发布初始化开始信标、初始化结束信标和网络状态汇报信标到执行器网络和传感器网络中，通过执行器节点和热释电红外无线传感器节点对这些信标作出相应的操作完成。
图1为总控制器发布初始化开始信标的过程示意图。初始化开始信标包含一个
变量，以标志执行器节点距离总控制器的跳数，在总控制器(m)发送的初始化信标中，此
跳数值变量的初始化值为0 ;所有执行器节点也包含一个标识其距离总控制器的跳数的变量，此跳数值变量的初始值是一个足够大的数(如10000)，以便初始化时更新。当总控制器向网络中发布初始化开始信标后，所有接收到初始化开始信标的执行器节点将信标中的跳数值变量加l，并将加1后的新跳数值与自身跳数值变量的大小进行比较，如果新跳数值小于自身跳数值变量的值，则自身跳数值变量的值更新为此新跳数值，把发送此信标的执行器节点的ID和信号强度记录下来，加入上级执行器节点链表中，然后将携带有新跳数值的初始化开始信标发送出去；如果新跳数值等于自身跳数值变量的值，则将发送此信标的执行器节点的ID和信号强度记录下来，加入上级执行器节点链表中，不再转发此信标；如果新跳数值大于自身跳数值变量的值，则忽略此初始化开始信标(如图l，执行器节点皿可以接收到执行器节点皿、iM、iM、皿、皿、lM和皿的信号，但上级执行器节点链表
中只有执行器节点皿和1M)。照此进行，网络中所有执行器节点均记录下到总控制器的
跳数值，并且记录了自身的上级执行器节点集合。当热释电红外无线传感器节点接收到初始化开始信标时，开始监听执行器节点发送的初始化开始信标的信号，并将信号最强的执
行器节点的ID保存下来。经过一段时间延时，总控制器向网络中发布初始化结束信标。收到初始化结束信标的执行器节点向其信号最强的上级执行器节点发送请求，请求加入为子执行器节点，执行器节点之间相互确认后，建立各自的路由表；收到初始化结束信标的热释电红外无线传感器节点向其监听到的信号最强的执行器节点发送请求，请求加入为此执行器节点成员传感器节点，执行器节点和成员热释电红外无线传感器节点相互确认，执行器节点记录器成员热释电红外无线传感器节点，热释电红外无线传感器节点记录其所属的执行器节点，完成传感器节点的定位。经过一段时间延时，总控制器向网络中发布网络状态汇报信标，此信标按照已建立的路由表路径在执行器节点之间传播，收到此信标的执行器节点将其路由表和所属热释电红外无线传感器节点个数传输给总控制器。至此，所述初始化过程完成。 下面分别从热释电红外无线传感器节点、执行器节点和总控制器在初始化时的程序流程角度介绍，进一步说明基于无线传感器网络的典型农业危害动物的协同数字化声防系统的初始化步骤的执行过程。 图2为热释电红外无线传感器节点初始化程序流程图。热释电红外无线传感器节点上电后，首先初始化CPU的各个端口 、 AD芯片和射频芯片的发射功率等(皿)，完成此操作后，节点打开其射频发射器，监听无线信道，默认为未初始化状态(，)。此时，热释电红外无线传感器节点监听的中断为初始化开始信标中断，而关闭初始化结束信标中断和执行器节点确认信号中断。 初始化开始信标的源为总控制器，当它发布此信标后，此信标将从控制器开始在执行器节点之间传播，所有热释电红外无线传感器节点将接收到此信号。当热释电红外无线传感器节点收到第一个初始化开始信标时，响应初始化开始信标中断(2M)。此时，热释电红外无线传感器节点打开初始化结束信标中断和超时计时器，监听执行器节点发送的初始化开始信标，并将信号最强的执行器节点的ID记录下来(2M)，记录的方法是，预设两个变量，分别记录执行器节点的信号强度和执行器节点的ID号。执行器节点信号强度变量的初值为O，执行器节点的ID号变量的初值为任意值。当接收到来自执行器节点的初始化开始信标后，首先判断信号强度是否大于自身记录的执行器节点信号强度变量的值，如果成立，则记录发送此初始化开始信标的执行器节点的信号强度到信号强度变量中，并将此执行器节点的ID号记录到ID号变量中。照此进行，直到接收到初始化结束信标,)。若热释电红外无线传感器节点响应初始化开始信标超时，则返回未初始化状态，等待下次初始化开始信标的到来。 当热释电红外无线传感器节点监听到初始化结束信标后，响应初始化结束信标中断(皿)，即提取最终保存的监听到的信号最强的执行器节点的ID，向此执行器节点发送加入请求信号，等待此执行器节点的确认回复(，和，)。与监听定位开始信号过程相似，当热释电红外无线传感器节点监听到初始化结束信标后，即打开超时计时器，若在此计时器的时间结束后，仍旧没有收到执行器节点的确认信号，则节点将重新返回未初始状态，
监听无线信道，等待下次定位开始信号,和m)。当热释电红外无线传感器节点收到
执行器节点的确认信息后，即开始响应执行器节点确认信号中断(M^)，将此执行器节点的ID设置为其所属执行器节点ID(li^)。至此，热释电红外无线传感器节点初始化过程结束，进入工作状态，开始执行声防策略(lli)。 图3为执行器节点初始化程序流程图。执行器节点上电后，默认为未初始化状态，打开无线收发器，监听无线信道(皿和，)。执行器节点在初始化过程中响应的中断有四种初始化开始信标中断(2M)、初始化结束信标中断(，)、请求/确认信标中断(2M)和网络状态汇报信标中断(2M)。不同的中断类型由不同的数据包头来识别。初始化开始信标、初始化结束信标和网络状态汇报信标的源头均为总控制器。请求/确认信标来自此执行器节点邻近的其他执行器节点或者邻近的热释电红外无线传感器节点。
为了得到距离总控制器的跳数值和上级执行器节点集合，执行器节点中设置一个变量保存自身跳数值，自身跳数值初值为一个足够大的数(如10000)，以确保自身跳数值更新的正常进行；另外，执行器节点还设置一个链表保存上级执行器节点的ID号。初始化开始信标的组成包括本节点的ID号和距离总控制器的跳数值(简称跳数值)，它从总控制器发出时的初始跳数值为0。每个收到初始化开始信标的执行器节点都将执行以下操作将此信标中的跳数值加1，保存为新跳数值，判断此新跳数值是否小于自身跳数值，如果此跳数值小于已存的跳数值，则将自身跳数值更新为此新跳数值，删除原上级节点链表中的元素，并将发送此信标的执行器节点的ID记录到上级执行器节点链表，然后转发携带新跳数值的初始化开始信标；如果此新跳数值等于自身跳数值，则只将发送此信标的执行器节点的ID记录到上级执行器节点链表中，上级执行器节点链表中同时记录了执行器节点信号的强度；如果此新跳数值大于已存的跳数值，则忽略此信标(MD。最后，执行器节点将携带有新跳数值的初始化开始信标发送出去(皿)。完成发送后，执行器节点等待总控制器初始化结束信标的到来(g ，若等待超时，则返回未初始化状态，重新等待初始化开始信标謹。 初始化结束信标在初始化信标发布一段时间后由总控制器发布。收到初始化结束信标的执行器节点将响应初始化结束信标中断(2M)和请求/确认信标中断(2M)，开始一系列请求或者确认操作。首先，执行器节点搜索上级执行器节点链表的信号强度记录，从中选择信号最强的一个执行器节点作为父执行器节点，并发送加入请求，然后开始等待来自父执行器节点的确认信号(lii、M2和m)。若收到父执行器节点发来的确认信号，则将父执行器节点的ID添加到路由表中(MI和，)；若收到其它执行器节点发送的加入为子执行器节点的请求，则将这些执行器节点的ID添加到路由表的子执行器节点链表中，并回复"确认"信号(M^和，)；此时，执行器节点还监听来自热释电红外无线传感器节点请求加入信号，收到此信号后，执行器节点将其ID添加到成员传感器节点链表中，并回复"确认"信号(M^和，)。执行器节点在执行请求/确认操作时，时刻等待总控制器发布的网络状态汇报信标，以结束请求/确认操作。在每个执行器节点上设定一个请求/确认操作持续时间值上限，此时间上限值大于总控制器发布初始化结束信标到发布汇报网络状态信标的时间间隔，以判断执行器节点是否因为故障等原因而超时，若超过此时间上限值后，执行器节点仍旧没有收到网络状态汇报信标，则判定为故障，重新返回未初始化状态，等待下次初始化开始信标的到来(^)。 执行器节点收到网络状态汇报信标后，响应网络状态汇报信标中断，将本执行器节点的路由表和所属的传感器节点个数打包，发送给其父执行器节点，依次向上级传输，到达总控制器(^)，总控制器将根据这些信息更新网络状态。至此，执行器节点的初始化过程完成，进入工作状态QM)。 图4为总控制器初始化程序流程图。硬件上电(Mi)后，总控制器发布依次发布三类信标初始化开始信标(，)、初始化结束信标(，)和网络状态汇报信标(，)。每一类信标连续发布3次，以保证信标发送成功。每完成一类信标的发送，总控制器打开相应的定时器，等定时结束后执行下一步操作和，)。发布网络状态汇报信标后，总控制器等待接收网络状态信息(迎"。网络状态汇报信息包括各个执行器节点的路由表和所属传感器节点的个数，总控制器将接收到的来自执行器节点的信息添加到执行器节点树中，执行器节点数的树根为总控制器，与总控制器连接的是以总控制器为父节点的执行器节点，其它执行器节点均是连接在其父执行器节点上(，)，所建立的执行器节点数的结构如图5所示。其建立过程为执行器节点树初始状态只含有总控制器节点，从收到的状态信息中筛选以总控制器节点为父节点的执行器节点，并将其添加到总控制器节点的"枝"上；然后，对每个"枝"对应的执行器节点执行相同的操作，即从网络状态信息中搜索以此执行器节点为父节点的执行器节点，并添加为此执行器节点的"枝"，照此进行，直到最后的"枝"执行器节点不含子执行器节点为止。至此，总控制器完成初始化过程，进入工作状态，定期向网络中广播声防策略和声防方案(M必。 基于无线传感器网络的典型农业危害动物协同数字化声防系统在执行声防策略时，由热释电红外传感器网络、执行器网络和总控制器三者的协同工作，发出危害动物对应天敌的叫声来驱赶危害动物，热释电红外无线传感器网络对危害动物是否存在进行判断并传输结果信号；执行器网络中的各执行器节点协同发出危害动物对应天敌的叫声；总控制器负责声防方案的制定、网络状态显示和人机交互等功能，并定期广播声防决策支持系统给出的声防方案。基于无线传感器网络的典型农业危害动物协同数字化声防策略由探测模式和随机模式两种执行模式组成，探测模式和随机模式之间切换的依据是周围环境的光照度，模式切换阈值的一个实施例为光照度10万lux，即当光照度小于10万lux时，执行探测模式；当光照度大于10万lux时执行随机模式。声防策略执行模式的更新方法是，总控制器定期查询光照传感器的值，并与模式切换阈值进行比较，此时执行的声防策略的模式，然后将执行模式广播到网络中。 图6为探测模式的执行过程示意图。图6(a)表示某个热释电红外无线传感器节点(，)首先探测到危害动物(皿)存在，向其邻近的其它热释电红外无线传感器节点(,、,、,和皿)发送屏蔽信号，使它们在一段时间内不再执行探测工作，避免探测过程的重复，以节约能耗，尽可能地延长热释电红外无线传感器节点的适用寿命；图6(b)表示此探测到危害动物存在的热释电红外无线传感器节点(,))通知所属的执行器节点(皿)，所属的执行器节点(皿)按照声防决策支持系统给出的声防方案发声，声防方案的更新由总控制器定期判定并广播到网络中去，所有执行器节点将此声防方案存储起来，直到下次更新为止；图6(c)为执行器节点(MI)执行完发声任务后，将危害动物探测信号沿着路由表的路径(MI-皿-…-皿-M必传输给总控制器(,)，传输的信息包括所执行的声防方案和此声防方案执行的时间。 图7为随机模式的执行过程示意图。图7(a)所示为总控制器更新声防策略的过程，声防策略的更新由总控制器(皿)发起，并广播到网络中，所有执行器节点和热释电红外无线传感器节点(图中未画出)收到此信号后，按照此信号更改声防策略。当执行器节点和热释电红外无线传感器节点所执行的声防策略为探测模式时，如收到声防策略更新为随机模式的信号，则热释电红外无线传感器节点(图中未画出)立即关闭无线收发器，定期查询邻近执行器节点声防策略是否有变更，如在某次查询时，执行器节点返回结果为声防策略已更新为探测模式，则此热释电红外无线传感器节点马上打开无线收发器，进入探测状态；否则，进入休眠，等待下次查询。执行器节点工作在随机模式时，定期地按照声防决策支持系统给出的声防方案发声(图7 (b))。 下面分别介绍热释电红外无线传感器节点、执行器节点和总控制器执行声防策略时的程序流程，以进一步说明声防系统在执行声防策略时的工作过程。 图8为热释电红外无线传感器节点执行声防策略时的程序流程图。在经历了初始化过程后(Mi)，执行声防策略的流程。热释电红外无线传感器节点声防策略执行模式也分为两种探测模式和随机模式，默认的状态为探测模式，此时，热释电无线传感器节点开启无线收发器监听无线信道，并且开启热释电传感器的中断(，)。 热释电传感器处于探测模式时，当热释电红外传感器感知到探测范围内危害动物存在，将向CPU发送硬件中断(,和M4)。此中断的响应过程为，探测到危害动物存在的热释电红外无线传感器节点首先向周围节点发送屏蔽热释电红外传感器中断信号，屏蔽掉周围的热释电红外无线传感器节点对此危害动物的响应(M旦)，以节约节点的能量。然后，此热释电红外无线传感器节点发送危害动物探测信号到所属的执行器节点(m)，所属的执行器节点为与探测到危害动物存在的热释电红外无线传感器节点位置邻近的某个执行器节点，判断的依据是执行器节点信号的强弱，此过程在系统初始化时完成。收到危害动物探测信号的执行器节点将立即发送确定信号，并执行声防方案，执行器节点响应危害动物探测信号的流程将在后面叙述。探测到危害动物存在的热释电红外无线传感器节点在发送完危害动物探测信号后，返回原状态继续监听无线信道，并等待来自热释电传感器的中断
,);当热释电红外无线传感器节点收到屏蔽热释电传感器中断信号时 )，打开其中断屏蔽中断定时器(M^)，在定时器设定的时间内，即便其热释电传感器探测到危害动物的存在，热释电红外无线传感器节点的CPU也不响应中断，以便尽可能地节约节点能量，延长网络寿命。屏蔽中断定时时间结束后，它们将返回原状态，监听无线信道，并等待来自热释
电传感器的中断(m)。 热释电红外无线传感器节点处于随机模式时，将关闭无线收发器，并定时向所属执行器节点查询声防策略模式信息，执行过程为热释电红外无线传感器节点关闭无线收发器，不再监听无线信道，进入休眠状态；同时，节点开启休眠定时器(,)。休眠时间结束后，向所属执行器节点发送声防策略模式查询信息(皿和m)，此信息包括请求的执行器节点ID号。对应的执行器节点收到此信息后，发送回复信息给热释电红外无线传感器节点，此信息包含有热释电红外无线传感器节点的ID号和声防策略模式(§11)。若为探测模式，热释电红外无线传感器节点收到回复信号后开启无线收发器，并开启热释电红外传感器中断，进入探测模式(，)，按照上面所述的过程执行；若为随机模式，则热释电红外无线传感器节点重新关闭无线收发器，进入休眠状态，同时，打开休眠定时器(,)，等待定时结束后再次查询声防策略模式。 热释电红外无线传感器节点策略执行模式的更新方法是，当热释电红外无线传感器节点处于探测模式时，可通过监听无线信道中声防策略模式更新信号来实现此节点执行模式的更新(g。模式更新信号为特定标头的信号，仅在模式更新时使用，模式变迁信号的源头为总控制器，通过广播的方式发送到网络中所有的热释电红外传感器节点和执行器节点；当热释电红外无线传感器节点处于随机模式时，节点可能在声防策略模式更新时处于休眠状态，因此，需通过定时查询所属的执行器节点来判断模式是否改变(皿、皿、^和咖。 图9为执行器节点执行声防策略时的工作流程执行器节点初始化(皿)完成后，开启无线收发器监听无线信道，等待请求信号的到来(，)。执行器节点接受的请求信号分为4种声防方案执行请求(3M)、传输中继请求(，)、声防方案/模式更新请求(，)和声防模式查询请求(皿)，4种请求分别用不同的数据包头来区分。 声防方案执行请求分为来自声防方案执行定时器(皿)和来自热释电红外无线传感器节点(皿)两种，分别对应于随机模式和探测模式。对于自声防方案执行定时器的中断，执行器节点按照已经存储的声防方案发声(2M)，并重新打开声防方案执行定时器(m)，返回等待请求信号状态(，)。 来自热释电红外无线传感器节点的声防方案执行请求(2M)，和声防模式查询请求(m)，均来自于此执行器节点所属的热释电红外无线传感器节点，执行器节点和热释电红外无线传感器节点的归属关系在系统初始化时完成。执行器节点响应来自热释电红外无线传感器节点的声防方案执行请求的方式是，执行器节点按照已经存储的声防方案发声(m)，并将此次危害动物探测信息(所执行的声防方案和此声防方案执行的时间)传输给总控制器(Ml);执行器节点响应声防模式查询请求的方式是，将所存储的声防模式变量的值("探测"或"随机")回复给发出查询请求的热释电红外无线传感器节点(m)。
发出声防方案/模式更新请求(，)的源为总控制器，总控制器根据农作物信息、周围环境信息和人机交互设定定期地更新声 方案，并将此声防方案广播到执行器网络中去(m和MZ);同理，总控制器定期地查询光照传感器的值，并与设定阈值进行比较，决定采取声防策略模式是"探测"还是"随机"，然后将模式更新信号广播到网络中去。
执行器节点的传输中继请求(巡互)来自于其路由表中的父执行器节点或者子执行器节点(m)，执行器节点的路由表在系统初始化时建立。执行传输中继请求的目的是将数据包传输给指定的位置，数据包都包含有数据包的目标节点ID和数据。如，执行器节点在完成来自热释电红外无线传感器节点的声防方案执行请求后，生成包含目标节点为总控制器、已执行的声防方案和执行此方案执行器节点的ID号数据包，并此数据包传输给父执行器节点(Mi和M^)，接到此数据包的执行器节点将继续执行传输中继请求，将此数据包传输给它的父执行器节点，照此方式进行，直到数据包到达总控制器。传输下行的数据包同
理进行和an)。 图10为总控制器执行声防策略时的工作流程。总控制器上电初始化(匪)后，进入等待中断状态(臓)，即进入声防策略执行状态。总控制器在执行器声防策略时，开启的中断分为4个部分声防策略更新中断入口 (1003)、声防方案更新中断入口 (薩)、人机交互操作中断入口 (扁)和无线信道中断入口 (1006)。 声防策略更新中断的中断源为声防策略更新定时器。总控制器响应声防策略更新中断执行的操作是，提取光照传感器的值(皿)，并与设定的光照度阈值进行比较(誦)，大于此阈值则向网络中广播"随机模式"声防策略更新信号(画)，否则向网络中广播"探测模式"声防策略更新信号(皿)，最后，总控制器重新打开声防策略更新定时器(1011)，返回等待中断状态(臓)。 声防方案更新中断的中断源为声防方案更新定时器。总控制器响应声防方案更新中断执行的操作是，提取声防决策支持系统此时的声防方案(皿)，将此声防方案广播到网络中(皿)，重新打开声防策略更新定时器(1014)，返回等待中断状态(臓)。
人机交互操作中断的中断源为用户在界面上进行的声防方案或者声防决策支持系统的设定、参数修改等操作。完成操作后，总控制器保存设定结果(1015),即返回等待中断状态(皿)；无线信道中断的中断源为与总控制器直接通信的执行器节点，主要是接收危害动物探测信号、网络状态等信息(皿)，总控制器接收完信号后即进入等待中断状态(1002)c
权利要求
基于无线传感器网络的典型农作物危害动物协同数字化声防方法，其特征在于，所述方法是在一种基于无线传感器网络的农作物典型危害动物协同数字化声防系统中实现的，所述声防方法依次含有以下步骤步骤(1)，构成一个所述的一种基于无线传感器网络的农作物典型危害动物协同数字化声防系统；所述系统由热释电红外无线传感器网络，执行器为了和总控制器共同组成，其中热释电红外无线传感器网络，由分布在农田中能互相无线通信的多个热释电红外传感器节点组成，各热释电红外传感器节点均由集成的热释电红外传感器和第一无线通信模块串接而成，当某个热释电红外传感器节点探测到典型农作物危害动物后，立即由所述热释电红外传感器通过所述第一无线通信模块向所述执行器网络中距离其最近的执行器节点发送探测到存在典型危害动物的信号；执行器网络，由分布在农田中能互相通信的多个执行器节点组成，各执行器节点均由第二无线通信模块、声音播放控制电路、音频功率放大电路、扬声器依次串接而成，所述执行器节点由独立的“太阳能-蓄电池”组合电源供电，当所述第二无线通信模块收到距离最近的热释电红外传感器节点发出的存在危害动物的信号时便发出危害动物天敌的语音，以驱赶其离开，总控制器，由带有人及交互界面的计算机、环境信息传感器及其信号调理电路、第三无线通信模块以及独立的“太阳能-蓄电池”组合电源组成，计算机内存储有对应于光照、温度、湿度共三个环境信息下的对应于农作物危害动物的天敌名称的声防方案，根据输入的实测环境信息选择对应的声防方案，再通过第三无线通信模块向所述各热释电红外传感器节点和所述执行器节点播放声防方案，所述声防方案包括探测模式和随机模式两种执行模式，而探测模式和随机模式之间的切换由所属计算机根据实测的光照信息决定；步骤(2)，系统初始化步骤(2.1)，总控制器向所有执行器节点和所有热释电红外传感器节点发布初始化开始信标，所述初始化开始信标中包含跳数值变量，且由总控制器发出时跳数值变量初值设置为0，所述初始化开始信标在所述执行器网络中逐层转发，得到所有执行器节点距离总控制器的跳数值，以建立路由表，并得到热释电红外传感器节点的所属执行器节点的ID号，以完成热释电红外传感器节点的定位；所有执行器节点在接收初始化开始信标的过程中，利用所述初始化开始信标得到其距离总控制器跳数值的方法是每次收到初始化开始信标，即提取其中的跳数值变量的值，比较此值与自身保存跳数值变量的值的大小，将含有较小跳数值变量的一个或一个以上的执行器节点，或总控制器保存为上级节点，并将此最小跳数值加1，保留为自身距离总控制器的跳数值；热释电红外传感器节点监听周围执行器节点的转发初始化开始信标的信号，得到所属执行器节点ID号的方法是所有热释电红外无线传感器节点监听周围执行器节点转发的初始化信标的信号强弱，并将信号最强的执行器节点作为其所属执行器节点；步骤(2.2)，总控制器向所有执行器节点和所有热释电红外传感器节点发布初始化结束信标，所述所有执行器节点监听到此初始化结束信标后，建立自身的路由表，所述所有热释电红外传感器节点监听到此初始化结束信标后，向所属执行器节点发出加入为成员节点的请求信号；所述所有执行器节点监听到此初始化结束信标后，建立自身的路由表的方法是所有执行器节点在收到初始化结束信标后，从其上级节点中选择一个执行器节点作为父节点，请求加入为子节点，并将向自身发送的请求加入为子节点的执行器节点作为子节点；步骤(2.3)，总控制器发布网络状态汇报信标，收到的初始化结束信标后，所有执行器节点将其路由表和所属热释电红外无线传感器节点个数传输给总控制器；步骤(3)，依次按以下步骤执行农作物危害动物声防方法步骤(3.1)，在总控制器的计算机内设置环境光照度阈值，取10万lux光照度作为阈值；步骤(3.2)，所述计算机周期性地采集环境光照度值，并与所设定的环境光照度阈值比较，若实测光照度值小于所述阈值执行步骤(3.3)，若实测光照度值大于所述阈值执行步骤(3.4)；步骤(3.3)，依次按以下步骤执行探测模式步骤(3.3.1)，各热释电红外传感器节点进入等待状态，步骤(3.3.2)，探测到危害动物存在的热释电红外传感器节点通知所属的执行器节点按照声防方案设定的危害动物天敌的语音发声，步骤(3.3.3)，探测到危害动物存在的热释电红外传感器节点在探测不到危害动物后，返回等待状态，步骤(3.3.4)，步骤(3.3.2)中所述执行器节点在执行完声防方案后，沿着已建立的所述路由表的路径向总控制器汇报所执行的声防方案和此声防方案的执行时间，步骤(3.4)，依次按以下步骤执行随机模式步骤(3.4.1)，各热释电红外传感器节点进入休眠状态，步骤(3.4.2)，所有执行器节点按照总控制器设定的时间间隔和声防方案周期性地发声。
全文摘要
基于无线传感器网络的典型农作物危害动物协同数字化声防方法，属于农作物危害动物声防领域。其特征在于，热释电红外传感器网络对危害动物是否存在进行判断并传输结果信号；执行器网络中的各执行器节点协同发出危害动物对应天敌的叫声；总控制器负责完成声防方案制定。所述方法依据周围环境的光照度阈值，在探测模式下，由热释电红外传感器网络判断危害动物存在，在随机模式下，热释电红外传感器网络处于休眠状态，由所有执行器节点定期发出危害动物天敌的叫声，此方法灵活方便、针对性强，能较好地以无污染方式解决农作物典型危害动物的防治问题。
文档编号H04W84/18GK101715244SQ200910237619
公开日2010年5月26日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者崔爱芳, 张新荣, 张 林, 徐保国, 杨靖, 董甲瑞, 蔺通, 赵伟, 郭建全, 黄松岭, 黄翀鹏 申请人:清华大学;江南大学