无线传感器网络(WSN)技术作为农业环境监测领域的一大研究热点,已经成为转变我国传统农业耕作方式的主要途径。无线传感器网络的运行依赖于大量的无线传感器节点,由于野外节点能量有限且更换极为不便,能量问题已经成为当前制约农业信息监测系统发展和推广的主要难题。目前,无线传感器节点主要采用两种方法供电:一种是完全依赖于干电池为节点供电,该方法成本较高,而且浪费大量的人力资源;另一种方法是使用太阳能为节点实时供电,该方法对光照强度依赖性过大,遇到连续的阴雨天气时,节点会因为电压不足而无法稳定工作。另外,在现有无线传感器网络的自组网方法中,LEACH算法(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)作为一种低功耗自适应算法,得到了广泛的应用。但是,当某一监测区域内的簇头节点分布不均匀时,大部分的成员节点需提高发送功率才能将数据包传送至簇头,这对网络的能耗是极大的浪费。基于无线传感器网络技术,本文从改进节点的供电模式和优化路由传输算法两方面进行研究,解决了野外农田信息监测中的能量受限问题,设计并实现了一种可自供电的农业信息监测系统。主要研究工作如下:(1)基于野外农田信息监测的应用背景,提出系统的总体设计方案,并对其中无线传感器节点的自供电方式和无线传感器网络的自组网方法进行研究。(2)基于无线传感器节点的太阳能供电,设计了一种双电池自供电机制。通过比较电路判断两块锂电池电压值的高低,当光照充足时,太阳能电池模块为电压值较低的锂电池充电;光照不足时,供电电池自动切换,由电压值较高的电池完成供电任务。然后,基于CC2530无线单片机,完成无线传感器节点的软硬件设计。最后,通过多次实验,测试了节点工作的连续性和稳定性。(3)提出了 MEEMLC-LEACH(More Energy-Efficient Multi-Levels Clustering LEACH)优化路由算法。该算法采用三级分簇的方式,并将能量因素纳入了选举簇头节点的计算公式T(n)中,缩短了成员节点与簇头、簇头节点与BS之间数据传输的距离。然后,在初始状态完全相同的情况下,通过计算每一帧的总能耗,得出MEEMLC-LEACH算法的网络生存时间约为LEACH算法的1.4倍。最后,利用MATLAB对优化算法进行仿真实验,分别采用直接传输(Direct)、LEACH和MEEMLC-LEACH三种路由方法,通过模拟网络中存活的节点数和网络的总能耗随着帧数增加(时间)的变化情况,直观展示优化算法在均衡能耗、延长网络生存时间方面的优越性。(4)基于C/S架构,搭建农业信息监测平台,设计了监测数据的存储、推送、汇总、实时显示、历史数据查询等功能。经过测试,该系统可以实现对监测区域二氧化碳浓度、PM2.5浓度等环境信息的实时监测,节点采集、网络传输和上位机显示等功能运行良好。系统能够实现自供电、自组网,工作的连续性、准确性和稳定性良好。配置不同的传感器,可以实现农业信息的实时监测。