我国建设现代化农业是为了改善农业传统的耕作方式，用全新的现代科学技术的高效手段，全面推广科学种田，确保农产品的稳步增收。科学种田就是采用先进的现代科技发展成果，合理地提高农业耕作的精确程度。其主要特征由精准播种，精准灌溉，精准施肥，精准布控，精准收获和精准管理等构成，因此精确农业技术体系及技术产品的开发研究，将成为促进我国农业科技革命的重大基础，在这方面的研究，不仅具有目前的广阔市场前景，而且具有长久的经济意义，尤其农田土壤温、 湿度智能检测方法的研究与推广，对水资源的合理发展和利用最具深远的影响。

1  常用的农田土壤温湿度检测方法

       由于农田土壤环境相对比较复杂，其物理特性和 化学成份分布具有不均一性，以及耕种植被的影响，造成土壤中温、湿度水分含量的垂直梯度和水平分布的差异，因此，测定土壤温湿度时要求分层和多布点（多次重复）测定，同时为了掌握土壤温湿度随时间的变化规律，还要进行周期性测定。人们常用的观测土壤温湿度方法有以下三种。

       ⑴直接测定法：①土壤湿度直接测量：指把土壤水分与固体部分相分离的方法，包括称重烘干法和酒精法，其优点是直接，简单，但人工取土，实验室分析，导致劳动强度加大，测定过程费时，繁琐。②土壤温度直接测量是指用温度计直接测温度。优点直观易读，但精度难以保证。

       ⑵遥感法与GPS田间定位法，这两种方法都要将土壤样品送到实验室中处理分析，耗资费时，不能实现连续时间的检测，仅能对某一段时间内土壤的温湿度进行分析。

       ⑶间接测定法：测定反映土壤含水量及温度的土壤物理参数或气体体积的方法，此方法中最常用的是 电测法：主要根据土壤水分与土壤溶液导电性的密切关系测定土壤湿度；利用土壤湿度变化与流经热敏电阻的电流变化关系，测定土壤温度。这种方法操作简单，仪器低廉，可定点连续测定。但不够灵敏，在高温条件下不准确，且测定过程中需要人工观察，因此布点不可能较多。

       常规的农田土壤湿温度检测方法，有的过程繁琐，操作不便；有的可操作性强，但太过简单，难以保证精确度；有的耗资费时。且共同缺陷为缺乏时效性，难以实现对农田环境的实时监控，为了有效改善常规的检测技术和监测手段，必须借助现代科学技术的先进成果。

2  基于无线传感网络的农田土壤温湿度智能检测系统模型

       电测法农田土壤温、湿度检测技术中，用到了现代温、湿度传感器技术，这种测量方法客观性强，人为因素影响小，具有可重复性，可连续测定。并且，该方法借助现代的电子技术和通讯技术，可实现自动化检测，实时监测，为“智能耕作”，提供了前提，因此，人们可以对电测法技术进行改进，将电测法中所用的温、湿度传感器更换为现代集信息采集、加工和传递与一体的无线智能传感器节点，利用目前两种先进的无线通信技术：Zigbee技术和无线传感器网络技术，实现多布点，全方位的土壤温、湿度无线传感器网络智能检测系统。

2.1  ZigBee技术简介

       ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、底数据速率、低成本的无线网络技术，它主要工作在无须注册的2.4GHzISM频段，传输范围在10—75m.ZigBee的基础是IEEE802.15.4,这是IEEE无线个人区域网工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4（ZigBee）技术标准。其特点是低功耗、低成本、短时延、网络容量 大、信息安全、可靠等优点。ZigBee主要应用在短距离范围，且数据传输速率不高的各种电子设备之间，其典型的传输数据类型有周期性数据，间歇性数据和重复性低反应时间数据。

2.2   无线传感器网络技术的简介

       无线传感器网络是一种无中心节点的全分布系统，通过随机投放的方式，众多传感器节点被密集部署于监控区域。这些传感器节点有传感器、 数据处理单元和通信模块，它们通过无线信道相连，自组织地构成网络系统。传感器节点借助于其内置的形式多样传感器，测量所在周边环境中的热、红外声纳、雷达和地震波信号，探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多人们感兴趣的物理现象。传感器节点间具有良好的协作能力，通过局部的数据交换来完成全局任务。通过网关，传感器网络还可以连接到现有的网络基础设施上，从而将采集到的信号回传给远程终端用户使用。

       无线传感器网络具有：分布式、自组织，拓扑变化，多跳路由，规模大、密度高，动态性强，应用相关，以数据为中心，节点能力受限等特征。它作为一种无处不在的感知技术，广泛应用于军事，环境，医疗，家庭和工业等领域。

2.3  农田土壤温湿度智能检测系统模型

       人们采用先进的ZigBee无线收发技术和无线传感器网络技术，作为农田环境信息智能检测系统模型的核心部分。利用无线传感器网络实现农田环境信息（温度、 湿度、光照等）的采集和传递，借助远程数据处理中心对所收集的数据分析和处理，从而实现“科学耕作”目的。

2.3.1  系统需求分析

       检测网络系统模型建立之前，必须对农田环境的特殊应用要求进行综合、 细致的分析，充分利用有利因素，避免不利因素。基于无线传感器网络的农田环境检测系统模型，具有的典型特征为：应用环境可知性，作物具有固定的生育周期，应用环境有动态变化性，太阳能资源充足，农田开阔、电磁干扰弱且基础设施少。除此之外，农机和人的田间作业，以及家畜的活动和各种天气条件也是系统模型建立过程需要细致考虑的一个条件。

2.3.2  系统模型设计

       综合分析上述应用特点，充分借鉴国内外研究的先进成果和经验，构建的农田土壤温湿度智能系统模型结构。模型中监测系统由无线传感器监测网络和远程数据处理中心两部分组成（图1示），无线传感器监测网络由分布在农田中多个智能传感器节点组成，实时采集土壤水分，温度参数。基于ZigBee无线通信协议组建Mesh网络，所有节点数据最终路由到网关节点，由网关节点将全部数据通过GPRS无线通信传输方式转发到远程数据中心，检测网络中的所有节点均可采用太阳能电池板供电，远程数据中心负责数据的接收，存储和分析。

       智能传感器节点：是一个微型的嵌入式系统，具有一定的信息处理能力和通信能力。 网关节点：对网关节点要求处理能力和运行速度都要比传感器节点强，故可选择具有丰富片上资源的ARM微处理器为核心，根据具体的功能要求，扩展硬件通讯接口，其功能设计，可采用嵌入式Linux操作系统完成定制开发。

2.3.3  远程数据中心实现

        远程数据中心为一台具有固定公网IP地址的计算机，在其上运行的基站数据管理软件主要功能为：实现数据的接收，存储、分析和决策，以完成相应的控制过程。其功能模块可划分为： 数据接收模块，数据库存储模块，监测量时间变化分析模块，监测量空间变异分析模块，可设有对其它农机运行控制模块（如控制灌溉系统无人值守运行）。

3  结束语

       农田环境智能检测技术是实现科学种田的必要前提，本文在电测法的基础上，采用先进的无线传感器网络技术和ZigBee技术对其改进，提出一种农田土壤温、湿度信息智能检测模型，作为进一步研究农田环境信息智能检测技术的有力工具，为科学种田、精细耕作打好基础。