苏光灿++魏轶凡

摘 要：物联网技术的应用提高了设施农业自动化管理水平。但在推广过程中，依然存在着很多问题。其中，无线传感器网络的节点功耗一直是制约农业物联网技术实用化的重要因素。无线充电技术作为一种新型电能传输技术，受到了科研工作者越来越多的关注。因为它降低了传输时可能出现的安全隐患，极大地为设备供电提供了方便，具有极强的环境适应能力。所以，将无线充电技术应用于农业物联网中将具有重要意义及广阔前景。

关键词：设施农业；物联网；无线充电技术

中图分类号：S126 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170833164

随着现代信息技术的快速发展，物联网技术受到了各个强国的极大关注，作为信息产业的第三次浪潮，正得到极大的发展和应用。将物联网技术应用于设施农业可以降低劳动成本、提高工作效率，从而实现温室环境的自动化管理。但WSN节点能耗问题一直是制约农业物联网发展的重要原因。

1890年，伟大的塞尔维亚裔美籍发明家尼古拉·特斯拉构想出无线输电方法，利用电磁转换技术来实现能量的无线传输。2007年，MIT的马林·索尔贾希克等人成功点亮了距离电力发射端2 m以外的一盏60W灯泡，开创了磁共振式无线电能传输的先河。如今，无线充电技术已开始应用于生物医疗、电子机械、商业、军事等领域。

1 农业物联网面临的困境

在农业物联网中，节点能量一般由电池提供，但由于节点体积较小，电池容量有限。农业生产场所环境复杂，无线传感网络节点众多，分布区域广，工作人员很难接近，所以传感节点能量很难补充。而传感器节点能耗直接决定了物联网的生命周期。

近年来，众多科研工作者致力于如何降低传感器节点能耗。2007年，章坚武等人提出在DVS的基础上降低溢出概率或增加缓冲器长度可以进一步节省能耗。2014年，Chunawale等人利用群集法布置WSN节点，延长了网络的寿命。2015年吴娟红提出了一个数学队列模型，利用最优解来优化传感器节点的能量消耗，能够有效延长网络生命周期。但却未能从根本上解决无线传感网络的节点能耗问题。

于是科研工作者开始利用太阳能技术对WSN节点进行电力补充。2009年，Denis等人提出了一种太阳能转化WSN节点电能最优方法。2011年，胡奇勋等人采用了太阳能电源控制技术，独特的电压监测电路，以及低功耗的DC—DC转换电路实现了WSN节点生命周期的显著增加。但太阳能板成本较高，不适用于对经济性要求较高的温室大棚。

2 无线充电技术在农业物联网的应用

2.1 无线充电方式的选择

农业环境复杂多样，地理位置偏僻分散。如温室大棚，跨度大、区域广、内部环境复杂，无线传感器网络节点分散。所以采用“WattUp”无线充电技术，可实现一对多的充电。

WattUp技术的高级之处在于，其可以通过空气传递能量。它采用了类似WIFI的5.7GHz频段，在无线接收器间传输电力。发射器大概有100多个小天线，每个天线发送相对较少的无线电波及电力，更加安全；而接收器能将无线射频功率转换成直流信号，可以实现4.6m范围内的无线充电任务。

以跨度为6m、长度为50m、顶高为4m的玻璃温室为例，在顶棚每隔3m放置1个无线Hub，在每个无线传感网络节点上安装1个微型接收器，即可完成无线充电工作。

2.2 温室无线充电技术应用前景

将无线充电技术应用于农业物联网具有极大的优势，可以从根本上解决WSN节点功耗问题，减少人力参与，提高温室自动化管理水平。

2.3 温室无线充电技术应用的问题与挑战

2.3.1 可靠性问题

温室处于高温高湿的环境中，并且农作物生长复杂，植株高低难测，所以无线充电模块的寿命及传输电力可靠性难以保证。

2.3.2 效率问题

无线充电效率低一直是制约无线充电技术发展的一大障碍，传输效率低无疑会增加電力的损耗和成本。

2.3.3 成本问题

如今，无线充电技术的发展仍处于研发阶段，标准尚未统一，其相关模块设备还没有批量生产，所以其成本居高不下，难以得到大规模推广应用。

3 结语

无线充电技术是现今乃至今后一段时间电子技术发展的一个重要方向，通过应用无线充电技术可以使人们从繁杂的线缆中解放出来。今后的发展方向主要在于解决标准问题，提高能效与传输距离，降低成本，普及大众。随着无线充电技术的不断发展，无线充电技术对于农业物联网的推广将起到重要的推动作用，无线充电技术应用于农业物联网中将具有重要意义及广阔前景。

参考文献

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